JP2007229865A - 研磨パッド用ドレッサ - Google Patents

Abstract

【課題】 研磨パッドの表面状態を精度良く、かつ安定的に調整可能な研磨パッド用ドレッサの提供
【解決手段】セラミックス製の基体４にメタライズ層５を設け、メッキ６ａ、６ｂにより砥粒２を固着したことを特徴とする研磨パッド用ドレッサ。基体４を構成するセラミックスとしては、アルミナを用いることができる。また、メタライズ層５としては、Mo、Mn、Ｗ、Ni、Ag、Cu、Ti、NbおよびZrのうちから選択される１種以上の元素を用いることができる。砥粒２はダイヤモンド砥粒、メッキ６ａ、６ｂはNiメッキを用いることができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、研磨パッドの表面状態を調整するために用いられる研磨パッド用ドレッサに関する。

近年、VLSIなどの高集積化に伴い、そこに用いられる半導体ウエハの平滑性への要求は益々厳しくなっている。その方法の一つとして、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing：化学的機械的研磨）装置を用いた研磨方法がある。ＣＭＰ装置においては、不織布などの研磨パッドを貼り付けた定盤に半導体ウエハを押しつけた状態で、定盤および半導体ウエハを回転させ、そこに微細な研磨粒子を含有したスラリーを導入して研磨が行われる。

ＣＭＰ装置においては、研磨を繰り返し、研磨パッドに局部的な摩耗が生じた場合には、研磨される半導体ウエハの平滑性にも問題が生じる。また、研磨屑、スラリーなどが研磨パッドに目詰まりしたり、研磨パッド表面の全面が磨耗したりして摩擦係数が下がると、研磨能力が低下する。

そこで、ＣＭＰ装置では、研磨パッドの表面状態を調整するための研磨パッド用ドレッサ（コンディショナとも呼ばれる。）が用いられる。研磨パッド用ドレッサとは、通常、円盤状の台金の表面にダイヤモンドなどの砥粒を固着させたものであり、これを研磨パッドに接触させて、研磨パッドの表面状態を研磨に適した状態に調整する治具である。研磨パッド用ドレッサとしては、下記のようなものが知られている。

特許文献１には「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メッキ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であって、セラミックス被膜により、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」が開示されている。

特許文献２には「砥石基体の表面に砥粒層が形成され、これら砥石基体及び砥粒層の上に、炭素を主体として珪素、ふっ素、窒素のうち少なくとも一種類以上が添加されてこれらの元素が主としてアモルファス構造をなし一部に結晶質を析出させている保護被膜が形成されていることを特徴とするＣＭＰコンディショナ」が開示されている。

特許文献３には「台金表面に超砥粒層を有するドレッサであって、上記超砥粒層の結合材が、主成分として、ＴｉＮ又はＴｉＣからなることを特徴とするドレッサ」が開示されている。

特許文献４には「支持体の平面部に砥粒が所定間隔で固着されて調整領域が形成された研磨パッド調整工具であって、該砥粒の単位面積あたりの平均個数がそれぞれ異なる２種類以上の調整領域が、前記支持体の一平面上に形成されていることを特徴とする研磨パッド調整工具」が開示されている。

特許文献５には「台金の表面にドレッシング部が形成されてなる研磨布用ドレッサであって、前記ドレッシング部は多数個の砥粒とそれを保持する平板状の保持材によって形成され、該保持材が、周期律のＩＶａ，Ｖａ，ＶＩａ族遷移金属、それらの酸化物、炭化物、窒化物、ホウ化物、及びこれらの複合化合物の１種又は２種以上の高融点高硬度物質と、Ｆｅ，Ｃｏ，Ｎｉ，Ｃｕ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ａｇの１種又は２種以上の金属相とからなる超硬合金、サーメット、あるいは酸化物，炭化物，窒化物およびホウ化物の１種又は２種以上からなるセラミックスのいずれか一種を主成分とする、ことを特徴とする研磨布用ドレッサ」が開示されている。

その他、ダイヤモンドなどの砥粒を用いない研磨パッド用ドレッサとしては、特許文献６〜８に示されるものもある。

特開２００１−２１０６１３ 特開２００３−９４３３２ 特開２００１−１３８１４５ 特開２００３−７１７１７ 特開２００５−２８８６８５ 特開２００３−５３６６５ 特開２００３−１７５４６９ 特開２００２−１５４０４８

図４は特許文献１〜３に開示される研磨パッド用ドレッサを例示する模式図を示す。図４に示すように、特許文献１〜３に開示される研磨パッド用ドレッサ７はいずれも、砥粒２を付着させる台金３を有している。そして、台金３は、金属で構成されているので、着磁力による変形、加工熱による変形、塑性変形などの影響により切削、研磨、ラッピングを施しても高精度に加工することが困難である。また、ダイヤモンドをメッキで固着する際には、金属製の台金３がその熱により変形する場合もあれば、使用中の温度変化、荷重などにより変形する場合もある。更には、台金３の自重により変形する場合もある。金属製の台金３に変形が生じた場合には、研磨パッドの表面状態を精度良くドレッシングすることが難しくなり、ひいては、半導体ウエハの表面性状も劣化する。

図５は特許文献４および５に開示される研磨パッド用ドレッサを例示する模式図を示す。図５に示すように、特許文献４および５に開示される研磨パッド用ドレッサ８はいずれも、金属製の台金３にセラミックスなどの支持体（または保持材）１を貼り付けたものに、ダイヤモンドなどの砥粒２を固着して構成されている。これらの研磨パッド用ドレッサ８は、支持体１を有するため、台金３に直接砥粒を固着させるよりは熱などの影響を受けにくいが、それでも、台金３の変形による影響を受ける。また、台金３と支持体１を接着する必要があるため、その接着強度、接着層厚みのバラツキなどによりドレッシング性能が低下する場合もある。

本発明は、これらの問題を解決するためになされたものであって、研磨パッドの表面状態を精度良く、かつ安定的に調整することができる研磨パッド用ドレッサを提供することを目的とする。

本発明者らは、セラミックスが、高精度な加工ができるという性質だけではなく、着磁力による影響を受けないこと、熱膨張係数が小さいため、熱による影響をほとんど受けないこと、更には、自重が小さいことなど、研磨パッド用ドレッサの基体として必要な性能を満足することに着目した。

本発明者らは、また、セラミックスに砥粒を固着させる方法についても鋭意研究をした。即ち、セラミックスに砥粒を固着させる方法として、例えば、特許文献４に開示の発明のように、ガラス質結合剤による方法も考えられる。しかし、ガラス質結合剤では、固着力が弱く、砥粒の脱落を十分に抑えることができない。このような事情から、砥粒はメッキによりセラミックス表面に固着させることとしたが、セラミックスそのままでは、エネルギーコスト的に有利な電気メッキを施すことができないため、あらかじめ、セラミックスにメタライズ層を設けたものに、メッキを施すこととした。

本発明は、「セラミックス製の基体にメタライズ層を設け、メタライズ層に砥粒をメッキにより固着したことを特徴とする研磨パッド用ドレッサ」を要旨とする。

上記基体を構成するセラミックスとしては、アルミナを用いることができる。また、メタライズ層は、活性金属で構成されており、例えば、Mo、Mn、Ｗ、Ni、Ag、Cu、Ti、NbおよびZrのうちから選択される１種以上の元素を用いることができる。更に、砥粒はダイヤモンド砥粒、メッキはNiメッキを用いることができる。

本発明によれば、研磨パッドの表面状態を精度良く、かつ安定的に調整することができるので、半導体ウエハの研磨を精度良く、しかも、歩留まり良く行うことができる。

図１および２は、いずれも本発明に係る研磨パッド用ドレッサを例示した模式図である。いずれの図においても、(a)は上面図、(b)は(a)のＡ−Ａ線矢視の断面図である。図３は、本発明に係る研磨パッド用ドレッサの製造方法の例を説明する図である。

図１および２に示すように、本発明に係る研磨パッド用ドレッサ９は、セラミックス製の基体４上に砥粒２が固着されたものである。そして、基体４の上面は、図１に示すように、全面がフラットな平面であってもよいし、図２に示すように、凹凸があるものであってもよい。図３に示すように、本発明に係る研磨パッド用ドレッサは、例えば、セラミックス製の基体４を用意し〔図３(a)参照〕、その上面に活性金属のペーストを塗布した後、焼結することでメタライズ層５を設け〔図３(b)参照〕、さらに下地メッキ６ａを施した後〔図３(c)参照〕、砥粒２を搭載し、メッキ６ｂにより固着させることにより製造することができる〔図３(d)参照〕。

本発明に係る研磨パッド用ドレッサの基体は、セラミックス製のものを用いる。これは、セラミックスであれば、金属材料に比べて高精度な加工ができること、着磁力による影響を受けないこと、熱膨張係数が小さいため、熱による影響をほとんど受けないこと、更には、自重を小さいことなどの研磨パッド用ドレッサの基体に適した性能を有するからである。

セラミックスとしては、特に制限はないが、例えば、アルミナ、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素その他の酸化物、窒化物、炭化物、ホウ化物などを用いることができる。このうち、メタライジング性に富み、研削性がよいアルミナを用いるのが望ましい。アルミナセラミックスとしては、Al₂Ｏ₃の含有率が７０質量％以上のもの、特に９８質量％以上のものが望ましい。

基体のサイズは限定しない。ただし、基体の外径は、研磨用パッドのサイズにより50〜500mmの範囲で調整すればよい。また、厚みについては、強度を確保する観点から5mm以上であるのが望ましいが、あまりに厚くても自重を増加させるだけなので、30mm以下とすればよい。

基体の形状には、特に制約はなく、図１に示すように、全面フラットな円盤状であってもよいし、図２に示すように、リング状の突起があるもの、円柱状、角柱状などの突起があるものなど研磨用パッド用ドレッサに採用される形状であればよい。また、平面度は、凹面または平面であればよい。

上記セラミックス製の基体にはメタライズ層が設けられる。メタライズ層は、電気不良導体であるセラミックスの表面を電気良導体化するためのものであり、電気メッキのための電極となる。メタライズ層の表面にメッキ処理をすることで、さらなる電気良導体化を実現できる。従って、本発明の研磨パッド用ドレッサに必須である。

このようにセラミックス製の基体にメタライズ層を設けた構成にすれば、表層を金属として扱えるので電気メッキによりダイヤモンドを固着できる。また、ドレッサの使用後においても、基体の寸法に狂いが生じにくく、しかも、表層のメタライズ層および後段で説明するメッキ層を薬品により溶解すれば、基体のリサイクルも可能である。この点においても、リサイクルができない金属製の台金より優れている。

メタライズ層を構成する金属としては、特に制限はないが、安全性および施工性の観点からMo、Mn、Ｗ、Ni、Ag、Cu、Ti、NbおよびZrのうちから選択される１種以上の元素が望ましい。メタライズ層の厚さは、制限はないが、0.5〜500μｍの範囲であるのが望ましい。

メタライズ層の形成方法は、特に限定しないが、たとえば、予めセラミックスを焼結した後、不活性雰囲気または真空中でメタライズする、いわゆるポスト・ファイア法、不活性雰囲気でセラミックスの焼結とメタライズとを同時に行う、いわゆるコ・ファイア法などを採用することができる。メタライズ層を構成する金属は、ペースト状の活性金属、いわゆるメタライズペーストを塗布してもよいし、無電解メッキにより付着させてもよい。

上記メタライズ層には砥粒がメッキにより強固に固着される。メッキを構成する金属としては、Ni、Cr、Zn、Snなどがあるが、固着性が優れるNiメッキが望ましい。

メッキの方法としては、特に制限はないが、メタライズ層に無電解メッキを施した後、焼き付けし、その上に電気メッキを施して砥粒を固着させるのがよい。もちろん、メタライズ層に直接電気メッキを施して砥粒を固着させてもよい。

メッキにより固着される砥粒としては、ダイヤモンド、CBN（立方晶窒化ホウ素）、SiＣ、ＷＣ等があるが、耐摩耗性に優れるダイヤモンドが望ましい。

砥粒の粒度には制限はないが、研磨パッドの材質などにより、メッシュサイズで60〜600の範囲で、適当なものを用いることができる。好ましい粒度は、メッシュサイズで60〜400である。砥粒の材質としては、ダイヤモンド砥粒を用いるのが望ましい。ダイヤモンド砥粒を用いる場合、天然ダイヤモンド、合成ダイヤモンドのいずれでもよい。

本発明によれば、研磨パッドの表面状態を精度良く、かつ安定的に調整することができるので、半導体ウエハの研磨を精度良く、しかも、歩留まり良く行うことができる。

本発明に係る研磨パッド用ドレッサを例示した模式図 本発明に係る研磨パッド用ドレッサの他の例を示した模式図 本発明に係る研磨パッド用ドレッサの製造方法の例を説明する図 特許文献１〜３に開示される研磨パッド用ドレッサを例示する模式図 特許文献４および５に開示される研磨パッド用ドレッサを例示する模式図

符号の説明

１．支持体
２．砥粒
３．台金
４．セラミックス基体
５．メタライズ層
６ａ、６ｂ．メッキ層
７．従来の研磨パッド用ドレッサ
８．従来の研磨パッド用ドレッサ
９．本発明に係る研磨パッド用ドレッサ

Claims (5)

1. セラミックス製の基体にメタライズ層を介してメッキにより砥粒を固着したことを特徴とする研磨パッド用ドレッサ。
2. 基体がアルミナで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の研磨パッド用ドレッサ。
3. メタライズ層がMo、Mn、Ｗ、Ni、Ag、Cu、Ti、NbおよびZrのうちから選択される１種以上の元素で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の研磨パッド用ドレッサ。
4. 砥粒をNiメッキにより固着したことを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の研磨パッド用ドレッサ。
5. 砥粒がダイヤモンド砥粒であることを特徴とする請求項１から４までのいずれかに記載の研磨パッド用ドレッサ。
   

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