JP2007044863A

JP2007044863A - ウェハ研磨パッドのコンディショナ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2007044863A
Application number: JP2006038891A
Authority: JP
Inventors: Ying-Che Shih; 瑩哲施
Original assignee: Princo Corp
Current assignee: Princo Corp
Priority date: 2005-08-09
Filing date: 2006-02-16
Publication date: 2007-02-22
Also published as: US20070037493A1; TWI290337B; TW200707531A

Abstract

【課題】ウェハの研磨パッドを均一に修整することができるコンディショナ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】本発明によるウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナは、上表面に複数の溝を有する基板と、これら複数の溝に充填される結合材と、その結合材により複数の溝に固着された複数の砥粒とを有するものである。また、複数の溝が規則的に配列され、且つ、各溝の寸法が砥粒を一つだけ収容できるように設けられていると、砥粒をより均等にコンディショナに分布させることができ、しかも、砥粒をより強固に基板に固着させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明はウェハ研磨パッドのコンディショナ及びその製造方法に関し、特に、砥粒が均等にコンディショナに分布し、且つ、基板に強固に固着しているウェハ研磨パッドのコンディショナ及びその製造方法に関する。

現在の半導体製造プロセスでは、技術の進歩に伴い、チップの線幅と面積が小型化し、導線の密集度も高まり、且つ、堆積する層もますます増えている。このため、チップ表面の平坦化の重要性が高まっているが、目下、全面的に平坦化したウェハを提供できる唯一の技術は化学的機械研磨（Chemical Mechanical Polishing；CMP）だけである。

CMPプロセスにおいて、シリコンウェハは回転、或いは移動する研磨ヘッドによって回転する研磨パッドに押し付けられている。研磨パッド上には研磨液が注入されており、研磨液は通常、細かい砥粒の他に、研磨される材質によって調節される酸性もしくはアルカリ性の溶液が含まれている。例えば、誘電物質は通常酸化物であるが、この場合、研磨液として通常アルカリ性溶液を選択する。また、研磨金属材料がタングステンや銅であった場合、研磨液として通常酸性溶液を選択する。研磨パッドの材料は一般的にポリウレタン樹脂（Polyurethane resin）であり、且つ、研磨パッドは表面が粗く、穴があるため、CMPプロセスの際にシリコンウェハ研磨で生じる切削屑の殆どは水によって流されるが、一部の切削屑は次第に研磨パッドの孔に堆積してしまう。このため、研磨パッドの表面の粗さが徐々になくなり、研磨の速度を下げ、CMPプロセスを不安定にし、且つ研磨パッドの消耗を早めてしまう。

よって、コンディショナが必要とされる。コンディショナは研磨パッド表面に溜まった切削屑を除去し、研磨パッドを活性化させ、プロセスを安定にするほか、研磨液を均一に研磨パッドに分布させることができるので、プロセスをさらに安定にする。

従来のコンディショナには、電着コンディショナと合金ブレージングコンディショナの二種類がよく見られる。電着コンディショナの砥粒は電着によって基板上に固着されるが、この種の物理的固着方法は固着力が優れず、砥粒が脱落してウェハを傷つけ易い。また、電着層が砥粒のほとんどを覆わなければ砥粒を固定できないため、砥粒の突出高度が限られ、有効に研磨パッドを修整できず、切削屑も詰まりやすい。よって、目下のCMPプロセスにおいて電着コンディショナはあまり使用されない。一方、合金ブレージングコンディショナでは、砥粒は合金ブレージングの方法で基板に固着されており、このような化学的固着方法は固着力が比較的よく、砥粒が脱落する状況は大幅に改善される。しかし、問題点として、基板上の砥粒の分布が、砥粒どうしの間隔にしろ、砥粒の位置する高さにしろ不均一になることがあり、そのため砥粒が不均一に研磨パッドに力を与え、より大きな力を受けた砥粒が丸ごと脱落したり、砥粒の角が部分的に破砕したりして、ウェハにスクラッチ傷を与えてしまう。更には、砥粒が分布する間隔が近すぎても、切削屑が堆積し易く、コンディショナの効率が下がり、切削屑の堆積が多すぎて脱落すると、ウェハを傷つけ易い。よって、上述の問題を改善した各種合金ブレージングコンディショナが既に提示されている。

ここで、米国特許第6368198号公報には、コンディショナ及びその製造方法が開示されている。図1に示すように、ろう材層2により砥粒3を基板1に固着させている。砥粒3が比較的均一に分布できる理由は、ブレージングの前に、穴のあるパターンプレート（図示せず）を用いて砥粒3をろう材層2に導入して、位置決めをしているためである。また、物理気相成長法(Physical Vapor Deposition；PVD)によって、その上に酸性やアルカリ性に耐えるダイヤモンドライクカーボンDLC（Diamond-Like Carbon）膜5を形成する。しかしながら、この従来のコンディショナにおいても、砥粒分布の均一性にはまだ改善の余地があり、また、砥粒が脱落する状況も依然生じている。よって、いかに砥粒の分布が均等で、且つ強固に基板に固着しているコンディショナを提供するかが、目下のところ、半導体製造技術の急を要する課題である。
米国特許第6368198号公報

よって、本発明の目的は、均一にウェハ研磨パッドを修整できるコンディショナ及びその製造方法を提供することである。

本発明のもう一つの目的は、砥粒が強固に基板上に固着した、ウェハ研磨パッドを修整するコンディショナ及びその製造方法を提供することである。

本発明において、砥粒は、天然ダイヤモンド、人工単結晶ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（PCD）、立方晶窒化ホウ素（CBN）、多結晶立方晶窒化ホウ素（PcBN）などを含む、あらゆる超高硬度の結晶体を指す。

本発明において、基板は各種材料によって構成される底材、例えば、金属、合金、セラミックスなどを指す。

本発明において、溝は砥粒の収納と固着に用いられ、溝の形状は、例えば半円球状、碗状、筒状、錐状など各形状でもよい。

本発明において、結合材は例えば金属、合金などの基板と砥粒を固着する任意の材料である。

本発明が提供するウェハ研磨パッドを修整するコンディショナは、上表面に複数の溝を有する基板と、前記複数の溝に充填される結合材と、前記結合材によって前記複数の溝内に固着された複数の砥粒と、を有する。このうち複数の溝は規則的に配列されていることが望ましく、更に、溝の寸法（口径幅）は一つの溝に一つの砥粒のみが収納できる大きさが望ましく、また、前記複数の溝の形は碗状が望ましい。前記結合材はブレージングの方法によって前記複数の砥粒を前記複数の溝内に固着する。

上述のウェハの研磨パッドを修整するコンディショナは、さらに、パリレン（Parylene）、アモルファスカーボン・コーティング（WC/C）、ダイヤモンド膜、或いは、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）膜である潤滑層を有していることが望ましい。前記潤滑層は、切削屑排出の速度を速め、切削屑の堆積を減少し、且つ修整時間を減らすことができる。

本発明は更にウェハの研磨パッドを修整するコンディショナの製造方法を提供する。該方法は、基板を提供するステップと、基板の上表面に複数の溝を形成するステップと、結合材を前記複数の溝に充填するステップと、複数の砥粒を結合材内に設置（配置）し、その結合材によって複数の砥粒と基板を強固に固着させるステップを含む。

前記複数の溝は規則的に配列されていることが望ましい。更に、複数の溝の各寸法は一つの溝に一つの砥粒のみが収納できる大きさが望ましく、また、前記複数の溝の形状は碗状が望ましい。さらに、前記結合材はブレージングの方法によって前記複数の砥粒を前記複数の溝内に固着するものであると好ましい。

上記のコンディショナの製造方法は、さらに、前記基板と、前記結合材と、前記複数の砥粒と、の上、すなわち、前記複数の砥粒と前記基板とが前記結合材により固着されたものの上（上面）に潤滑層を形成するステップを含むと好適である。また、潤滑層としては、パリレン（Parylene）、アモルファスカーボン・コーティング（WC/C）、ダイヤモンド膜、或いは、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）膜などが挙げられる。

本発明によれば、コンディショナがウェハの研磨パッドを修整する効率と均一性を高めることができ、研磨パッドの寿命を向上させることができる。さらに、本発明はCMPプロセスの安定性を高めることができ、修整の時間を減らし、設備のメンテナンスに必要な回数と時間を減らすことができ、ウェハが損傷するという欠陥を減少できるため、ウェハの歩留まりと産量を上げることができる。

本発明の実施形態について図面を参照にしながら説明する。図中、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、後述の実施形態は本発明の内容を簡単に説明するためであり、実施形態において特に制限を定義している場合を除き、本発明はそれらに狭義的に制限されるものではない。

［第１実施形態］
図2は、本発明によるコンディショナの第１実施形態を示す側面図である。図2において、結合材12は、砥粒13を、基板11上にある複数の底部が平らな碗状の溝14に固着させている。また、第１実施形態において、基板11はステンレス鋼SUS316で形成されており、砥粒の大きさは100μm〜250μm、より好ましくは130μm〜200μmであり、溝14の深さは一例として50μmであるが、溝14の深さは、砥粒の大きさと砥粒を露出させる程度によって適宜調整できる。さらに、溝14は、その口径（幅寸法）が、砥粒一つだけを収容できるように設けられており、砥粒を溝14の位置に従って均一に分布させる。また、溝14は底部が平らな碗状であり、これにより、構造上しっかりと強固に砥粒13を固着して砥粒を脱落し難くする。

［第２実施形態］
図3は、本発明によるコンディショナの第２実施形態を示す側面図である。第２実施形態のコンディショナは、実施例1のコンディショナ上に更に潤滑層15を沈積（形成）させたものである。潤滑層15は、好ましくは、ダイヤモンド膜、ダイヤモンドライクカーボン（DLC）、パリレン（Parylene）、アモルファスカーボン・コーティング（WC/C）などから形成されており、より好ましくは、パリレン（Parylene）、アモルファスカーボン・コーティング（WC/C）などで形成されている。潤滑層15は、酸性やアルカリ性への耐久性により、異なるプロセス条件に適応できるだけでなく、コンディショナの表面に生じた欠陥を補填して、コンディショナの表面をより平滑にし、切削屑を排除する速度を向上させることができる。このようにして、従来問題であったCMPプロセスを行う時に表面の欠陥により圧力が不均一にかかるため砥粒が脱落したり、砥粒の角が一部砕けたりといった現象を減らすことができ、ウェハに損傷を与えることを防止できる。

［第３実施形態］
図4は、本発明によるコンディショナの第３実施形態を示す側面図である。第３実施形態のコンディショナは、第１実施形態のコンディショナの底部が平らな碗状の溝14に替えて、筒状の溝14aを有するものである。

［第４実施形態］
図5は、本発明によるコンディショナの第４実施形態を示す側面図である。第４実施形態のコンディショナは、第１実施形態のコンディショナの底部が平らな碗状の溝14に替えて、錐状の溝14bを有するものである。

なお、本発明における「溝」の形は、上述の各実施形態に制限されず、この他の形状の溝を用いても本発明の効果を達成できる。

［製造方法の実施形態］
図6A〜図6Eは、それぞれ、本発明によるコンディショナの製造方法の好適な一実施形態により、コンディショナを製造している状態を示す工程図である。図6Aが示すように、まず、基板11を提供し、その上にフォトレジスト層16を形成し、予め定義してあるパターン（図示せず）でフォトレジスト層16を露光、現像し、図6Bに示すような、パターンを有するフォトレジスト層16aを得る。次に、図6Cに示すように、ウェットエッチングによって基板11上に碗状の溝14を形成し、フォトレジスト層16aを除去する。そして、図6Dに示すように、溝14に結合材12を充填し、最後に、図6Eが示すように、砥粒13を結合材12内に設置（配置）し、真空ブレージングを行って結合材12を砥粒13と基板11に強固に固着させる。

なお、本発明のコンディショナの製造方法において、上記溝を形成する方法はウェットエッチングに制限されず、レーザードリル（Laser Drill）や電鋳（Galvono）、またはその他の方法で溝を形成してもよい。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変形が可能であり、かかる範囲内で設計変更等があっても、それは本発明に含まれる。

本発明によるコンディショナ及びその製造方法は、ウェハ等の基板の研磨ひいては該基板を用いた種々のデバイス、及びその製造等に広く用いることができる。

従来のコンディショナを示す側面図である。本発明によるコンディショナの第１実施形態を示す側面図である。本発明によるコンディショナの第２実施形態を示す側面図である。本発明によるコンディショナの第３実施形態を示す側面図である。本発明によるコンディショナの第４実施形態を示す側面図である。本発明によるコンディショナの製造方法の好適な一実施形態により、コンディショナを製造している状態を示す工程図である。

符号の説明

1 基板
2 ろう材層
3 砥粒
5 ダイヤモンドライクカーボン膜
11 基板
12 結合材
13 砥粒
14 溝
14a 溝
14b 溝
15 潤滑層
16 フォトレジスト層
16a パターンを有するフォトレジスト層

Claims

ウェハの研磨パッドの修整に用いるコンディショナであって、
上表面に複数の溝を有する基板と、
前記複数の溝に充填される結合材と、
前記結合材により前記複数の溝に固着された複数の砥粒と、
を有することを特徴とするウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
前記複数の溝が規則的に配列された、
ことを特徴とする請求項１に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
前記複数の溝のそれぞれの寸法が前記砥粒を一粒だけ収納できる大きさである、
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
前記複数の溝は、底部が平らな碗状、錐状、或いは筒状である、
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
前記結合材は、ブレージングの方法によって前記複数の砥粒と前記複数の溝とを固着するものである、
ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
潤滑層を更に有する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
前記潤滑層がパリレンである、
ことを特徴とする請求項６に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
前記潤滑層がアモルファスカーボン・コーティングである、
ことを特徴とする請求項６に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナ。
ウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法であって、
基板を提供するステップと、
前記基板の上表面に複数の溝を形成するステップと、
結合材を前記複数の溝に充填するステップと、
複数の砥粒を前記結合材内に設置するステップと、
前記結合材により前記複数の砥粒と前記基板とを固着させるステップと、
を有することを特徴とするウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記複数の溝が規則的に配列されている、
ことを特徴とする請求項９に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記複数の溝のそれぞれの寸法が前記砥粒を一粒だけ収納する大きさである、
ことを特徴とする請求項９又は１０に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記複数の溝は、底部が平らな碗状、錐状、或いは筒状である、
ことを特徴とする請求項９〜１１のいずれか１項に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記結合材は、ブレージングの方法によって前記複数の砥粒と前記複数の溝とを固着するものである、
ことを特徴とする請求項９〜１２のいずれか１項に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記複数の砥粒と前記基板とが前記結合材により固着されたものの上に潤滑層を形成するステップを更に有する、
ことを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１項に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記潤滑層がパリレンである、
ことを特徴とする請求項１４に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記潤滑層がアモルファスカーボン・コーティングである、
ことを特徴とする請求項１４に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。
前記複数の溝を、エッチング、レーザ、又は電鋳により形成する、
ことを特徴とする請求項９〜１６のいずれか１項に記載のウェハの研磨パッドの修整に用いられるコンディショナの製造方法。