JP2003151935A - 化学機械的研磨装置の研磨パッドコンディショニング装置および方法 - Google Patents

化学機械的研磨装置の研磨パッドコンディショニング装置および方法

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政 求 尹
Ju-Young Park
柱 英 朴
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】ウェーハ表面の化学機械的研磨に用いる研磨パ
ッドの平坦度が不良になった表面を元の状態に再生する
ための研磨パッドのコンディショニング装置およびコン
ディショニング方法を提供する。 【解決手段】終端に研削チップ２７を備えたバイト２６
と、バイト２６を固定し研磨パッド２４の表面と略水平
方向に移動するための水平スライド部３２および水平ス
ライド３２の移動経路を保障する水平ケース部３４から
成る水平移動手段と、水平移動手段の水平ケース３４を
支持するためのベース部４２と、バイト２６の位置を上
下調節するための第１レベルスクリュー２８から成る垂
直移動手段とで構成されさらに、水平スライド３２の水
平移動経路と研磨パッド２４の表面とが成す角を調節す
るためのベース部４２の一端に装着された第２レベルス
クリュー３８と、水平ケース３４の一地点をベース部４
２に固定したヒンジー連結部３６とから成る傾斜調節手
段よりなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は研磨パッドのコンデ
ィショニング装置およびコンディショニング方法に関す
るものであって、より詳しくは化学機械的研磨(Ｃｈｅ
ｍｉｃａｌ-Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎ
ｇ:以下ＣＭＰという)に用いる研磨パッド(ｐｏｌｉｓ
ｈｉｎｇ ｐａｄ)をコンディショニングするための装
置およびコンディショニングする方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】ＣＭＯＳ素子のような半導体デバイスを
製造する工程においては、ウェーハの表面平坦度を改善
するためエッチバック(ｅｔｃｈｂａｃｋ)工程と化学機
械的研磨(Ｃｈｅｍｉｃａｌ-Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐ
ｏｌｉｓｈｉｎｇ)工程中いずれかを選択し採用する。
一般に、より精密な平坦度を得るためにはエッチバック
工程よりＣＭＰ工程の方がよく用いられる。
【０００３】ＣＭＰ工程とは、研磨パッドによる機械的
研磨と研磨スラリーによる化学的研磨を共に施すことに
よって、ウェーハ表面を化学機械的に研磨する工程のこ
とをいう。しかし、研磨工程が進みながら研磨パッドが
摩耗するのにつれて研磨パッドの平坦化が不良になって
くる。このことからＣＭＰ工程の元来の目的であるウェ
ーハ内の広域平坦化とウェーハ間の平坦化などを成し遂
げられなくなる。
【０００４】このように平坦度が不良になった研磨パッ
ドを元の状態に再生(ｒｅｗｏｒｋ)させようとコンディ
ショナー(ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒ)が用いられ、こうし
た工程をコンディショニング(ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎ
ｇ)という。
【０００５】図１ａおよび１ｂは、それぞれ従来のダイ
ヤモンドコンディショナーリングおよび研磨パッドコン
ディショニング方式を示した概略図である。
【０００６】図１ａを参照すれば、ダイヤモンドコンデ
ィショナーディスク１０は、ステンレススチールなどか
ら成る本体部２の下面にニッケルまたはクロームなどの
メッキ４からダイヤモンド粒子６(粒子直径は数十μｍ
である)を固定した構造から成っている。こうした構造
から成るダイヤモンドコンディショナーディスク１０は
回転定盤１２の研磨パッド１４上に配置され、ダイヤモ
ンドコンディショナーディスク１０に連結された駆動手
段１６を用いて回転されることによって、前記コンディ
ショナーディスク１０のダイヤモンド粒子６と研磨パッ
ド１４との摩擦で研磨パッド１４の表面を点線部分まで
研磨する。結果として、前記コンディショニング工程を
経て研磨パッド１４の表面は均一な平坦度に再生される
ようになる。
【０００７】こうして、前記コンディショニング工程を
ＣＭＰ工程において周期的に繰り返すことにより研磨パ
ッドの表面が２μｍ以下の平坦度を保つようにする。
【０００８】しかし、従来のコンディショニング方法は
ダイヤモンド粒子の点接触による摩擦と該粒子の切削角
がばらつくなどのことから切削性能が劣る。これを補完
するために研磨パッドに対して前記ダイヤモンドコンデ
ィショナーディスクから比較的大きい圧力を加えること
になるが、研磨パッドの材質が一般的に合成ポリウレタ
ン系物質のため圧縮度合いによりコンディショニング自
体が滑らかに行われないばかりでなく、２μｍ以下の良
質の平坦度を得難いとの問題を抱えていた。
【０００９】さらに、前記コンディショナーディスク４
に電着されたダイヤモンド粒子６を固定するニッケルま
たはクロームメッキもコンディショニング過程で共に研
磨される。その結果、ダイヤモンド粒子が前記コンディ
ショナーディスク１０からはずれ落ちることがあり、該
はずれ落ちたダイヤモンド粒子６はコンディショニング
過程で研磨パッドに嵌り込むことになる。
【００１０】こうして、研磨パッドに嵌り込んだダイヤ
モンド粒子は、ウェーハ表面に致命的なスクラッチを引
き起こし工程不良を招く。結局、スクラッチのある研磨
パッドを廃棄しなければならなくなる。一方、ダイヤモ
ンドのはずれ落ちたコンディショナーディスクも使用で
きない状態であるため、他のコンディショナーディスク
に取り替えなければならない。従って、部資材の消耗に
よる工程コストが大きく増加することになる。
【００１１】従って、研磨パッドを均一な平坦度で容易
にコンディショニングしながら、かつダイヤモンドのは
ずれ落ちによるスクラッチを根本的に防止できる、効率
的なコンディショニング装置および方法が望まれてき
た。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前記問題を
解決するため案出されたものであって、その目的は研削
チップを備えるバイトを研磨パッド側面に平坦化させる
ほどの適切な切削深さに位置させた後に、研磨パッドを
中心を軸として回転させながら前記バイトを研磨パッド
の半径ほど一定な速度で移動させることによって研磨パ
ッドをコンディショニングする装置および方法を提供す
ることにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明は、研磨装置に用
いる研磨パッドの表面をコンディショニングするための
装置において、前記研磨パッドをその上面に備え、その
中央部を軸として前記研磨パッドを回転させるための回
転定盤と、前記研磨パッドの表面と略垂直方向に位置し
終端に研削チップを備えたバイトと、前記バイトの位置
を前記研磨パッドの表面と略水平方向に移動させるため
の水平移動手段と、前記回転定盤の一側に配置され、前
記水平移動手段を支持するためのベース部と、前記バイ
トの位置を上下調節するための垂直移動手段とから成る
コンディショニング装置を提供する。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の一実施形態においては、
前記コンディショニング装置は、前記水平移動手段の水
平移動方向と前記研磨パッドの表面とが成す傾斜角を調
節するための傾斜調節手段をさらに含み、前記バイトの
水平移動方向が前記研磨パッドの表面と正確に平行を成
すよう調節することができる。
【００１５】さらに、本発明の好ましき実施形態におい
ては、前記水平移動手段はその一側に前記バイトが装着
された水平スライド部と、前記水平スライド部の他側に
連結され、その水平スライド部を水平方向に移動させる
ためのレールを備えた水平ケース部と、前記水平スライ
ド部を前記水平ケースのレールに沿って移動させるため
の駆動部とから具現することができ、前記垂直移動手段
は前記水平スライドの一側に設けられ、前記バイトの上
下位置を調節するための第１レベルスクリューから構成
できる。
【００１６】前記実施形態においては、前記傾斜調節手
段の好ましい例として、前記ベース部に設けられ前記水
平ケースの一端を移動させ上下位置を調節するための第
２レベルスクリューと、前記第２レベルスクリューの操
作によって前記水平ケース部と前記研磨パッドの表面と
の傾斜角を変化させるため前記水平ケース部の一地点を
前記ベース部に固定するヒンジー連結部とから構成する
ことが好ましい。
【００１７】さらに、バイトの研削チップは硬度の高い
ダイヤモンドを使用できる。
【００１８】さらには、本発明の他の実施形態において
は、研磨装置に用いる研磨パッドの表面をコンディショ
ニングする方法において、研削チップを備えたバイトを
前記研磨パッドの内側面または外側面上に配置する段階
と、前記バイトを上下に移動させることにより前記研磨
パッドの表面を平坦化するほどの前記研磨パッド研削深
さになるよう前記研磨チップの位置を調整する段階と、
前記研磨パッドをその中心を軸として所定速度で回転さ
せる段階と、前記研磨パッドが回転する間に前記バイト
を前記研磨パッドの表面と平行な方向に少なくとも前記
研磨パッドの半径の長さほど移動させる段階とから成る
コンディショニング方法を提供する。
【００１９】本発明の特徴は、従来のコンディショニン
グ装置が面対面(研磨パッド面とコンディショナーディ
スク面)で加工する方式であるのに比して、一定の切削
深さを有するよう研磨パッドに位置させた研削チップ
を、回転する研磨パッド上において一定速度で水平移動
させる方式により研磨パッド面をコンディショニングす
る方式に転換したことにある。
【００２０】より具体的には、本発明においては、研磨
パッドを回転定盤で回転させる間に、研削チップを設け
たバイトを研磨パッドの中心から側面終端まで、または
側面終端から中心へと平行移動させる新たなコンディシ
ョニング方式により、垂直圧力の分布のバラツキや局部
的な回転量差によるバラツキというような従来の問題を
根本的に克服することができる。
【００２１】さらに、本発明においてはバイトに付着さ
れた研削チップを用いるためコンディショナーディスク
に金属メッキで付着されたダイヤモンド粒子がはずれ落
ちて起こるスクラッチ現象を防止することができる。
【００２２】
【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施形態を
詳細に説明する。
【００２３】図２は、本発明の好ましい実施形態による
コンディショニング装置の概略図である。前記コンディ
ショニング装置５０は、化学機械的研磨装置に設けられ
る構造として研磨パッド２４が配置された回転定盤２２
の一側に配置される。
【００２４】図２を参照すると、前記コンディショニン
グ装置５０は、大別してみれば終端に研削チップ２７を
備えたバイト２６と、前記バイト２６を固定し前記研磨
パッド２４の表面と略水平方向に移動するための水平ス
ライド部３２および前記水平スライド３２の移動経路を
保障する水平ケース部３４から成る水平移動手段と、前
記水平移動手段の水平ケース３４を支持するためのベー
ス部４２と、前記バイト２６の位置を上下調節するため
の第１レベルスクリュー２８から成る垂直移動手段とで
構成される。
【００２５】さらに、前記コンディショニング装置５０
は、水平スライド３２の水平移動経路と研磨パッド２４
の表面とが成す角を調節するための傾斜調節手段をさら
に備えることができる。図２に示したコンディショニン
グ装置５０の傾斜調節手段は、前記ベース部４２の一端
に装着された第２レベルスクリュー３８と、前記水平ケ
ース３４の一地点を前記ベース部４２に固定したヒンジ
ー連結部３６とから成り、水平ケース３４のレールに沿
って作動する水平スライド３２の移動方向が前記研磨パ
ッド２４の表面と平行になるよう精密に調節することが
できる。
【００２６】図３ａないし３ｂは、本発明において採用
するバイト２６の側面図である。
【００２７】図３ａを参照すれば、バイト２６の一端
は、約９０°の傾斜角を有す尖端となっており、前記尖
端の先に研削チップ２７が付着されている。一般に、研
削チップ２７は硬度の高いダイヤモンドチップを用い
る。本実施形態においては約１ｍｍの直径から成るダイ
ヤモンドチップを用いた。さらに、図３ｂに示したよう
に、尖端部は約６°の余裕角を有すようにし研磨パッド
の研削結果物の排出を円滑にさせることができる。
【００２８】以下、図２に示した実施形態によるコンデ
ィショニング装置５０の作動原理を説明する。
【００２９】前記コンディショニング装置５０におい
て、研削チップ２７を備えたバイト２６を前記研磨パッ
ド２４の内側面上に配置する。これは研磨パッド２４の
コンディショニング始点を決定するものであって、外側
面から中心に切削する場合には外側面上に配置してもよ
いが、外周が中心より回転力の作用が強いので初段階に
おけるバイト２６位置の変動を防止するために中心から
始めることが好ましい。
【００３０】次いで、正確な切削量を決定するために、
前記第１レベルスクリュー２８を操作して前記バイト２
６を上下移動させることによって平坦化のための正確な
切削量を決定する。ここで、切削量とは、前記研磨パッ
ドの表面を平坦化できる研磨パッド２４の最小研削深さ
を意味する。こうした研削深さは内側面と密着して移動
された研削チップ２７の上下位置によって決定される。
従って、第１レベルスクリュー２８の操作によるバイト
２６の垂直移動で正確な切削量を設定することができ
る。好ましくは、研磨パッド２４の表面の精密度のため
に、前記第１レベルスクリュー２８はマイクロメートル
(μｍ)単位で移動するよう構成する。
【００３１】続いて、回転定盤２２を、その中心を軸と
して回転させることにより前記研磨パッド２４を所定速
度(例えば、１５０-３００ｒｐｍ)で回転させる。研磨
パッド２４が回転する間に、別途の駆動手段を用いて水
平スライド部３２を水平ケース３４のレールに追って水
平移動させることにより、前記バイト２６を前記研磨パ
ッド２４の表面に平行な方向に沿って少なくとも前記研
磨パッド２４の半径の長さほど移動させる。前記バイト
２６の水平移動速度は数十ｍｍ／ｍｉｎの速度で移動さ
せ、ほぼ均一な速度で移動させることにより全面が均等
に研磨されるようにする。
【００３２】バイト２６の水平移動速度は、研磨パッド
２４の全表面が研削チップ２７で加工され得る範囲から
定まる研磨パッド２４の回転速度により決定される。す
なわち、研磨パッド２４の回転速度が速ければ、大抵バ
イト２６の水平移動速度を高めて作業速度を向上させる
ことができる。しかし、研磨パッド２４の回転速度によ
りバイト２６の位置が変動されかねないので、数百ｒｐ
ｍ以上には高めない方が好ましい。特に、切削量が多い
場合には、こうした研磨パッド２４の回転速度による影
響が大きくなりかねない。このように、研磨パッド２４
の切削量(または研削深さ)により研磨パッド２４の回転
速度およびバイト２６の水平移動速度を決定すること
は、当業者にとっては容易に実現できることである。
【００３３】本発明のコンディショニング方法におい
て、研磨パッドの回転速度を約１８０ｒｐｍにし水平ス
ライドによるバイト移動速度を５０ｍｍ／ｍｉｎにする
場合に、従来のダイヤモンドディスクリングを用いた方
式では約１５分かかっていた工程を約５分まで短縮でき
た。
【００３４】本発明によるコンディショニング方法にお
いては、バラツキの無い研磨パッド表面を形成するため
に、バイトの水平移動を研磨パッドの表面と平行するよ
う移動させるべく具現することが大変重要である。これ
はコンディショニング装置を化学機械的研磨装置に設け
る際に水平スライドおよび水平ケースのレールを研磨パ
ッドの表面と平行するよう装着することにより解決でき
る。しかし、外部影響による水平移動手段の構造的変化
や回転定盤上の研磨パッドの状態によって、水平移動方
向が研磨パッド表面に正確に平行することを保障しかね
なくなることもある。こうした問題を解決するために、
前記コンディショニング装置は傾斜調節手段をさらに設
けることができる。
【００３５】前記傾斜調節手段は、図２のように、ヒン
ジー連結部３６と第２レベルスクリュー３８とで構成す
る。前記傾斜調節手段は、前記ベース部４２の一端に設
けられた第２レベルスクリュー３８を操作してそのベー
ス部４２にヒンジー連結された水平ケース３４の一端を
上下移動させることによって、バイト２６の水平移動方
向が研磨パッド２４の表面と正確に平行を成すよう調節
することができる。
【００３６】以上に説明した本発明は、上述した実施形
態および添付した図面により限定されるものではなく、
添付された請求範囲によって限定される。従って、請求
範囲に記載された本発明の技術的思想を外れない範囲内
で多様な形態の置換、変形および変更が可能であること
は、当技術分野において通常の知識を有す者であれば明
らかなことである。
【００３７】
【発明の効果】上述したように、本発明によるコンディ
ショニング装置によれば、研削チップを備えたバイトを
前記研削チップが研磨パッドの内側面または外側面に位
置するよう配置してから、表面を平坦化できるほどの切
削量を正確に調節し、 研磨パッドを回転させる間に前
記バイトを研磨パッドと平行な水平方向に移動させる。
【００３８】従って、バイトの上下位置を第１レベルス
クリューを用いて精密に調節することによって正確な切
削量で平坦化できるばかりでなく、研磨パッドの回転と
バイトの水平移動により研磨パッドの表面全体をバラツ
キなく、且つ高速でコンディショニングすることができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は、従来のコンディショニング装置
に備えられたコンディショニング ディスクリングの断
面図である。図１（ｂ）は、従来のコンディショニング
方式を示した概略図である。
【図２】図２は、本発明の一実施形態によるコンディシ
ョニング装置の概略図である。
【図３】図３（ａ）ないし３（ｂ）は、本発明のコンデ
ィショニング装置に採用されるバイトの側面図である。
【符号の説明】
２２ 回転定盤 ２４ 研磨パッド ２６ バイト ２７ 研削チップ ２８ 第１レベルスクリュー ３２ 水平スライド部 ３４ 水平ケース部 ３６ ヒンジー連結部 ３８ 第２レベルスクリュー
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 3C047 BB01 BB13 EE02 EE06 3C058 AA07 AA19 CB02 DA12 DA17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 研磨装置の回転定盤に設けられた研磨パ
    ッドの表面をコンディショニングするための装置におい
    て、前記研磨パッドの表面と略垂直方向に設けられ、終
    端に研削チップを備えるバイト;前記バイトの位置を前
    記研磨パッドの表面の略水平方向に移動させるための水
    平移動手段;前記回転定盤の一側に配置され、前記水平
    移動手段を支持するためのベース部;および前記バイト
    の位置を上下調節するための垂直移動手段、を備える研
    磨パッドコンディショニング装置。
  2. 【請求項２】 前記水平移動手段と前記研磨パッドの表
    面とが成す傾斜角を調節するための傾斜調節手段をさら
    に含むことを特徴とする請求項１に記載のコンディショ
    ニング装置。
  3. 【請求項３】 前記水平移動手段は、その一側に前記バ
    イトが装着される水平スライド部と、前記水平スライド
    部の他側に連結され、その水平スライド部を水平方向に
    移動させるためのレールを備える水平ケース部と、前記
    水平スライド部を前記水平ケースのレールに沿って移動
    させるための駆動部、から成ることを特徴とする請求項
    １または２に記載のコンディショニング装置。
  4. 【請求項４】 前記垂直移動手段は、前記水平スライド
    部の一側に設けられ、前記バイトの上下位置を調節する
    ための第１レベルスクリューから成ることを特徴とする
    請求項３に記載のコンディショニング装置。
  5. 【請求項５】 前記傾斜調節手段は、前記ベース部に設
    けられ、前記水平ケースの一端を移動させ上下位置を調
    節するための第２レベルスクリューと、前記第２レベル
    スクリューの操作により前記研磨パッドの表面と前記水
    平ケース部とが成す傾斜角を変化させるため、前記水平
    ケース部の位置地点を前記ベース部に固定するヒンジー
    連結部、から成ることを特徴とする請求項３に記載のコ
    ンディショニング装置。
  6. 【請求項６】 前記バイトの研削チップはダイヤモンド
    から成ることを特徴とする請求項１に記載のコンディシ
    ョニング装置。
  7. 【請求項７】 研磨装置に用いる研磨パッドの表面をコ
    ンディショニングする方法において、研削チップを備え
    たバイトを前記研磨パッドの内側面または外側面上に配
    置する段階；前記バイトを上下移動させることにより前
    記研磨パッドの表面を平坦化できるほどの前記研磨パッ
    ドの研削深さになるよう前記研磨チップの位置を調整す
    る段階;前記研磨パッドをその中心を軸として所定速度
    で回転させる段階;および前記研磨パッドが回転する間
    に前記バイトを前記研磨パッドの表面と平行な方向に少
    なくとも前記研磨パッドの半径の長さほど移動させる段
    階を含む研磨パッドコンディショニング方法。
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