JP2007260886A - Cmp conditioner and manufacturing method therefor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハ等の研磨を行うCMP(化学機械的研磨)装置の研磨パッドのコンディショニングに用いられるCMPコンディショナおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a CMP conditioner used for conditioning a polishing pad of a CMP (Chemical Mechanical Polishing) apparatus for polishing a semiconductor wafer or the like, and a method for manufacturing the same.
この種のCMPコンディショナとしては、例えば特許文献1に、円板状の基体(台金)の上面に略円柱状の突起部が間隔をあけて複数形成され、これらの突起部の表面に複数のダイヤモンド等の砥粒が金属めっき結合相によって固着されたものが提案されている。また、特許文献2には、ダイヤモンド砥粒をろう付けしたものが提案されており、さらに特許文献3には、このように砥粒を固着した金属結合相の表面にSiC等のセラミックス被膜を、CVDやイオンプレーティング等の気相コーティング技術によって被覆することが提案されている。
ところで、このようなCMPコンディショナにより研磨パッドがコンディショニングされるCMP装置では、半導体ウェハ等の研磨の際に酸性やアルカリ性の腐食性の高いスラリーが用いられるため、砥粒を保持する金属結合相がこのスラリーによって腐食(溶出)してしまって砥粒が脱落し、この脱落した砥粒によって半導体ウェハが傷つけられてスクラッチが生じるという問題がある。特に、砥粒がダイヤモンドであって結合相がニッケル等の金属めっき相である場合、砥粒への金属めっきの濡れ性が乏しいことから両者の境界部(キャビティ)には極微小ではあるものの隙間が生じ、この隙間からスラリーが入り込んで金属めっき相を腐食させる結果、砥粒の脱落が一層促進されてしまうことになる。 By the way, in such a CMP apparatus in which the polishing pad is conditioned by the CMP conditioner, a highly acidic or alkaline corrosive slurry is used when polishing a semiconductor wafer or the like, so that a metal binder phase holding abrasive grains is present. There is a problem that the slurry is corroded (eluted) by the slurry and the abrasive grains fall off, and the semiconductor grains are damaged by the dropped abrasive grains to cause scratches. In particular, when the abrasive grains are diamond and the binder phase is a metal plating phase such as nickel, the wettability of the metal plating on the abrasive grains is poor, so there is a very small gap at the boundary (cavity) between the two. As a result, the slurry enters from the gap and corrodes the metal plating phase, and as a result, the removal of the abrasive grains is further promoted.
この点、特許文献3に記載のように金属結合相表面にセラミックス被膜を被覆したCMPコンディショナでは、このセラミックス被膜によって金属結合相が保護されることによりその腐食が防止され、従って砥粒の脱落も抑制することができる。ところが、その一方で、この特許文献3に記載のような気相コーティング技術によってセラミックス被膜を被覆した場合には、金属結合相から突出したダイヤモンド等の砥粒の表面にも被膜が被覆されてしまうため、砥粒の切れ味が損なわれ、パッドの研磨レートが著しく低下してしまうという問題が生じる。従って、CMPコンディショナとして使用可能なパッド研磨レートを得るには、当該特許文献3にも記載されているように砥粒の表面に被覆された被膜を除去する工程が必要となり、その製造工程が複雑化することが避けられない。
In this regard, in the CMP conditioner in which the surface of the metal binder phase is coated with a ceramic coating as described in
本発明は、このような背景の下になされたもので、CMP装置に用いられる腐食性の高いスラリーに対しても砥粒の脱落を確実に防いでスクラッチの発生を抑制することが可能なCMPコンディショナを提供し、またこのようなCMPコンディショナを、複雑な製造工程を要することなく製造することが可能なCMPコンディショナの製造方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made under such a background, and it is possible to reliably prevent the abrasive grains from falling off and prevent the generation of scratches even in a highly corrosive slurry used in a CMP apparatus. It is an object of the present invention to provide a conditioner and to provide a CMP conditioner manufacturing method capable of manufacturing such a CMP conditioner without requiring a complicated manufacturing process.
上記課題を解決して、このような目的を達成するために、本発明のCMPコンディショナは、CMP装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショニング面に、砥粒が金属結合相によって固着された砥粒層が形成されてなるCMPコンディショナであって、上記砥粒層における上記金属結合相の表面には、多結晶であり、該結晶同士の界面にガラス層からなる粒界層が存在しない酸化物被膜が形成されていることを特徴とする。 In order to solve the above problems and achieve such an object, in the CMP conditioner of the present invention, abrasive grains are fixed by a metallic binder phase on a conditioning surface that is in contact with a polishing pad of a CMP apparatus. A CMP conditioner in which an abrasive layer is formed, wherein the surface of the metal binder phase in the abrasive layer is polycrystalline, and there is no grain boundary layer composed of a glass layer at the interface between the crystals. An oxide film is formed.
ここで、上記酸化物被膜は、アルミナ被膜であることが望ましい。また、上記金属結合相は、ニッケル等の金属めっき相でもよく、金属ろう付け相であってもよい。 Here, the oxide film is preferably an alumina film. Further, the metal bonding phase may be a metal plating phase such as nickel or a metal brazing phase.
さらに、上記砥粒はダイヤモンド砥粒であって、その結晶面のうち111面が上記コンディショニング面と略平行とされて該コンディショニング面が対向する方向に向けられるように固着されていることが望ましい。この場合において、上記コンディショニング面にあっては、該コンディショニング面上の複数の測定箇所において上記ダイヤモンド砥粒の結晶面のX線回折強度を測定した際の、測定された各結晶面のX線回折強度の総和に対する上記111面のX線回折強度の比率が、上記複数の測定箇所における平均として70%以上とされていることがより望ましい。 Furthermore, it is desirable that the abrasive grains are diamond abrasive grains, and 111 of the crystal planes are fixed so that the conditioning faces are substantially parallel to the conditioning faces and face the facing faces. In this case, in the conditioning surface, when the X-ray diffraction intensity of the crystal surface of the diamond abrasive grain is measured at a plurality of measurement points on the conditioning surface, the X-ray diffraction of each measured crystal surface is measured. It is more desirable that the ratio of the X-ray diffraction intensity of the 111 plane with respect to the total intensity is 70% or more as an average at the plurality of measurement points.
また、本発明のCMPコンディショナの製造方法は、CMP装置の研磨パッドと対向して接触するCMPコンディショナのコンディショニング面に、金属結合相によって砥粒を固着して砥粒層を形成し、次いでこの砥粒層における上記金属結合相の表面に、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを噴射して衝突させることにより、酸化物被膜を形成することを特徴とする。 In the CMP conditioner manufacturing method of the present invention, an abrasive layer is formed by adhering abrasive grains to a conditioning surface of a CMP conditioner that is in contact with a polishing pad of a CMP apparatus by a metallic binder phase, An oxide film is formed by injecting and colliding an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas on the surface of the metal binder phase in the abrasive layer.
本発明によれば、CMP装置に用いられる腐食性の高いスラリーに対しても砥粒の脱落を確実に防いでスクラッチの発生を抑制することが可能なCMPコンディショナを提供することができ、またこのようなCMPコンディショナを、複雑な製造工程を要することなく製造することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a CMP conditioner capable of reliably preventing abrasive grains from dropping even in a highly corrosive slurry used in a CMP apparatus and suppressing the generation of scratches. Such a CMP conditioner can be manufactured without requiring a complicated manufacturing process.
まず、本発明に係わるエアロゾルデポジション法に関係する語句を以下に説明する。
(多結晶)本件では結晶子が接合・集積してなる構造体を指す。結晶子は実質的にそれひとつで結晶を構成しその径は通常5nm以上である。ただし、微粒子は破砕されずに構造物中に取り込まれるなどの場合がまれに生じるが、実質的には多結晶である。
First, terms related to the aerosol deposition method according to the present invention will be described below.
(Polycrystalline) In this case, it refers to a structure in which crystallites are joined and accumulated. The crystallite is essentially one crystal, and its diameter is usually 5 nm or more. However, in some cases, the fine particles are taken into the structure without being crushed, but are substantially polycrystalline.
(微粒子)一次粒子が緻密質粒子である場合は、粒度分布測定や走査型電子顕微鏡で同定される平均粒径が10μm以下であるものを言う。また一次粒子が衝撃によって破砕しやすい多孔質粒子である場合は、平均粒径が50μm以下であるものを言う。 (Fine particles) When the primary particles are dense particles, the average particle size identified by particle size distribution measurement or a scanning electron microscope is 10 μm or less. In addition, when the primary particles are porous particles that are easily crushed by impact, the average particle diameter is 50 μm or less.
(エアロゾル)ヘリウム、窒素、アルゴン、酸素、乾燥空気、これらの混合ガスなどのガス中に前述の微粒子を分散させたものであり、一次粒子が分散している状態が望ましいが、通常はこの一次粒子が凝集した凝集粒を含む。エアロゾルのガス圧力と温度は任意であるが、ガス中の微粒子の濃度は、ガス圧を1気圧、温度を20℃と換算した場合に、ノズルから噴射される時点において0.0003ml/l〜5ml/lの範囲内であることが構造物の形成にとって望ましい。 (Aerosol) The above-mentioned fine particles are dispersed in a gas such as helium, nitrogen, argon, oxygen, dry air, or a mixed gas thereof, and it is desirable that primary particles are dispersed. Includes agglomerated particles with aggregated particles. The gas pressure and temperature of the aerosol are arbitrary, but the concentration of fine particles in the gas is 0.0003 ml / l to 5 ml at the time of injection from the nozzle when the gas pressure is converted to 1 atm and the temperature is converted to 20 ° C. It is desirable for formation of the structure to be within the range of / l.
(界面)本件では結晶子同士の境界を構成する領域を指す。 (Interface) In this case, it refers to the region that forms the boundary between crystallites.
(粒界層)界面あるいは焼結体でいう粒界に位置するある厚み(通常数nm〜数μm)を持つ層で、通常結晶粒内の結晶構造とは異なるアモルファス構造をとり、また場合によっては不純物の偏析を伴う。 (Grain boundary layer) A layer with a certain thickness (usually several nanometers to several micrometers) located at the grain boundary in the interface or sintered body, and usually takes an amorphous structure different from the crystal structure in the crystal grain, and in some cases Is accompanied by segregation of impurities.
本発明のCMPコンディショナの製造方法において、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを噴射して衝突させることにより酸化物被膜を形成する方法は、上記エアロゾルデポジション法として認知された方法であり、その詳細は特許第3348154号公報、特開2002−309383号公報、特開2003−034003号公報、特開2004−091614号公報、および特開2003−183848号公報などに開示されている。 In the method for manufacturing a CMP conditioner of the present invention, a method of forming an oxide film by injecting and colliding with an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas is a method recognized as the aerosol deposition method. Details thereof are disclosed in Japanese Patent No. 3348154, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-309383, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-034003, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2004-091614, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2003-183848, and the like. .
エアロゾルデポジション法は、様々な基材上にセラミック厚膜を形成させる手法であり、セラミック微粒子をガス中に分散させたエアロゾルをノズルから基材に向けて噴射し、金属やガラス、セラミックスやプラスチックなどの基材に微粒子を衝突させ、この衝突の衝撃により微粒子を変形や破砕を起こさしめてこれらを接合させ、基材上に微粒子の構成材料からなる膜構造物をダイレクトで形成させることを特徴としており、特に加熱手段を必要としない常温で構造物が形成可能であり、焼結体同等の機械的強度を保有する構造物を得ることができる。この方法に用いられる装置は、基本的にエアロゾルを発生させるエアロゾル発生器と、エアロゾルを基材に向けて噴射するノズルとからなり、ノズルの開口よりも大きな面積で構造物を作製する場合には、基材とノズルを相対的に移動・揺動させる位置制御手段を有し、減圧下で作製を行う場合には構造物を形成させるチャンバーと真空ポンプを有し、またエアロゾルを発生するためのガス発生源を有することが一般的である。 The aerosol deposition method is a technique for forming a thick ceramic film on various substrates. An aerosol in which ceramic fine particles are dispersed in a gas is sprayed from a nozzle toward the substrate, and metal, glass, ceramics and plastics are sprayed. It is characterized by colliding microparticles with a substrate such as, causing deformation and crushing of the microparticles by the impact of the collision, joining them, and directly forming a film structure composed of the constituent materials of the microparticles on the substrate In particular, a structure can be formed at room temperature that does not require heating means, and a structure having mechanical strength equivalent to that of a sintered body can be obtained. The apparatus used in this method basically consists of an aerosol generator for generating aerosol and a nozzle for injecting the aerosol toward the base material. When a structure is produced with a larger area than the opening of the nozzle, In addition, it has a position control means that moves and swings the base material and the nozzle relative to each other, and has a chamber and a vacuum pump for forming a structure when producing under reduced pressure, and for generating aerosol It is common to have a gas source.
エアロゾルデポジション法のプロセス温度は常温であり、微粒子材料の融点より低い温度、すなわち数百℃以下で構造物形成が行われるところにひとつの特徴がある。 The process temperature of the aerosol deposition method is room temperature, and one feature is that the structure is formed at a temperature lower than the melting point of the fine particle material, that is, several hundred degrees C or less.
また使用される微粒子はセラミックスなどの脆性材料を主体とし、同一材質の微粒子を単独であるいは混合させて用いることができるほか、異種の微粒子を混合させたり、複合させて用いることが可能である。また、一部金属材料や有機物材料などをセラミックス微粒子に混合させたり、セラミックス微粒子表面にコーティングさせて用いることも可能である。これらの場合でも構造物形成の主となるものはセラミックスである。 The fine particles used are mainly brittle materials such as ceramics, fine particles of the same material can be used alone or in combination, and different types of fine particles can be mixed or combined. Further, it is also possible to use a part of a metal material or organic material mixed with ceramic fine particles or coated on the surface of the ceramic fine particles. Even in these cases, the main component of the structure formation is ceramics.
この手法によって形成される膜構造物において、結晶性の微粒子を原料として用いる場合、膜構造物は、その結晶子サイズが原料微粒子のそれに比べて小さい多結晶体であり、その結晶は実質的に結晶配向性がない場合が多く、セラミックス結晶同士の界面にはガラス層からなる粒界層が実質的に存在しないと言え、さらに膜構造物の一部は基材表面に食い込むアンカー層を形成することが多いという特徴がある。 In the film structure formed by this method, when crystalline fine particles are used as a raw material, the film structure is a polycrystalline body whose crystallite size is smaller than that of the raw material fine particles, and the crystals are substantially In many cases, there is no crystal orientation, and it can be said that there is substantially no grain boundary layer composed of a glass layer at the interface between ceramic crystals, and a part of the film structure forms an anchor layer that bites into the substrate surface There are many features.
この方法により形成される膜構造物は、微粒子同士が圧力によりパッキングされ、物理的な付着で形態を保っている状態のいわゆる圧粉体とは明らかに異なり、十分な強度を保有している。 The film structure formed by this method clearly has a sufficient strength, unlike a so-called green compact in which fine particles are packed by pressure and maintained in a physical form.
この膜構造物形成において、微粒子が破砕・変形を起こしていることは、原料として用いる微粒子および形成された膜構造物の結晶子サイズをX線回折法で測定することにより判断できる。 In forming this film structure, it can be determined that the fine particles are crushed and deformed by measuring the fine particles used as a raw material and the crystallite size of the formed film structure by an X-ray diffraction method.
すなわち、エアロゾルデポジション法で形成される構造物の結晶子サイズは、原料として用いる脆性材料微粒子および形成された脆性材料構造物の結晶子サイズよりも小さい値を示す。微粒子が破砕や変形をすることで形成されるずれ面や破面には、もともと内部に存在し別の原子と結合していた原子が剥き出しの状態となった新生面が形成される。この表面エネルギーが高い活性な新生面が、隣接した脆性材料表面や同じく隣接した脆性材料の新生面あるいは基材表面と接合することにより構造物が形成されるものと考えられる。また微粒子の表面に水酸基が程よく存在する場合では、微粒子の衝突時に微粒子同士や微粒子と構造物との間に生じる局部のずり応力により、メカノケミカルな酸塩基脱水反応が起き、これら同士が接合するということも考えられる。外部からの連続した機械的衝撃力の付加は、これらの現象を継続的に発生させ、微粒子の変形、破砕などの繰り返しにより接合の進展、緻密化が行われ、脆性材料構造物が成長するものと考えられる。 That is, the crystallite size of the structure formed by the aerosol deposition method is smaller than the crystallite size of the brittle material fine particles used as a raw material and the formed brittle material structure. A new surface in which atoms originally present inside and bonded to other atoms are exposed is formed on the slip surface or fracture surface formed by crushing or deforming fine particles. It is considered that the active new surface having a high surface energy is joined to the surface of the adjacent brittle material, the new surface of the adjacent brittle material, or the substrate surface, thereby forming a structure. In addition, when hydroxyl groups are present on the surface of the fine particles moderately, a mechanochemical acid-base dehydration reaction occurs due to local shear stress generated between the fine particles or between the fine particles and the structure when the fine particles collide with each other. It can be considered. The addition of continuous mechanical impact force from the outside causes these phenomena to occur continuously, and the progress and densification of joints are performed by repeated deformation and crushing of fine particles, and brittle material structures grow. it is conceivable that.
従って、例えばこのようなエアロゾルデポジション法を用いた本発明の製造方法によって製造される本発明のCMPコンディショナでは、基材表面すなわち金属結合相の表面に形成される、多結晶であって該結晶同士の界面にガラス層からなる粒界層が存在しない酸化物被膜により、安定した耐食性を得ることができて金属結合相の腐食による砥粒の脱落を防ぐことが可能となり、スクラッチの発生を抑えて高品位の半導体ウェハ等の研磨を図ることができる。特に、こうしてエアロゾルデポジション法により酸化物被膜を形成する際には、上述のようにノズルを相対的に移動・揺動させることにより砥粒と金属結合相との境界部にも確実に酸化物被膜を形成することができるとともに、上記微粒子の衝突による応力によって当該酸化物被膜や基材表面すなわち金属結合相表面が砥粒を押圧するカシメ効果が生じ、これにより境界部の隙間自体を埋め潰して砥粒をより強固に保持し、その脱落を一層確実に防止することができる。 Therefore, for example, in the CMP conditioner of the present invention manufactured by the manufacturing method of the present invention using such an aerosol deposition method, the polycrystalline condition is formed on the surface of the substrate, that is, the surface of the metal binder phase. Oxide coating that does not have a grain boundary layer consisting of a glass layer at the interface between crystals makes it possible to obtain stable corrosion resistance and to prevent the abrasive grains from falling off due to corrosion of the metal binder phase, thereby preventing the occurrence of scratches. Polishing of a high-quality semiconductor wafer or the like can be achieved while suppressing this. In particular, when an oxide film is formed by the aerosol deposition method in this way, the oxide can be reliably transferred to the boundary between the abrasive grains and the metal bonded phase by moving and swinging the nozzle as described above. In addition to forming a film, the stress due to the collision of the fine particles causes a caulking effect in which the oxide film or the substrate surface, that is, the surface of the metal bonded phase presses the abrasive grains, thereby filling the gap in the boundary itself. Thus, it is possible to hold the abrasive grains more firmly and prevent them from falling off more reliably.
その一方で、このエアロゾルデポジション法では、硬質の砥粒、特にダイヤモンドやcBNのような高硬度の超砥粒の表面に対しては、上述のような膜構造物の一部が食い込むアンカー層が形成されることがないため、酸化物被膜が形成されることもなく、従って被膜形成後に砥粒表面から該被膜を除去するような工程が必要となるようなこともない。しかも、エアロゾルデポジション法による酸化物被膜形成は、上述のように常温、常圧でエアロゾルを噴射するだけの比較的簡略な方法で可能であるので、本発明の製造方法によれば、複雑な製造工程や高価な装置等を要することなく上述のような優れた耐食性を有するCMPコンディショナを提供することが可能となる。 On the other hand, in this aerosol deposition method, an anchor layer in which a part of the film structure as described above bites into the surface of hard abrasive grains, particularly high hardness superabrasive grains such as diamond and cBN. Since no oxide film is formed, an oxide film is not formed. Therefore, a process for removing the film from the surface of the abrasive grains is not required after the film is formed. Moreover, since the oxide film formation by the aerosol deposition method is possible by a relatively simple method of injecting the aerosol at normal temperature and normal pressure as described above, the manufacturing method of the present invention is complicated. It is possible to provide a CMP conditioner having excellent corrosion resistance as described above without requiring a manufacturing process or an expensive apparatus.
ここで、上記酸化物被膜としては、より耐食性に優れたアルミナ被膜であることが上述のように望ましい。また、同じく上述したように、上記金属結合相としては、特許文献1に記載されたようなニッケル等の金属めっき相でもよく、あるいは特許文献2に記載のような金属ろう付け相であってもよい。
Here, as the oxide film, an alumina film having more excellent corrosion resistance is desirable as described above. Similarly, as described above, the metal binder phase may be a metal plating phase such as nickel described in
ところで、この特許文献2においては、母材の表面にダイヤモンド砥粒をろう付けにより固着したCMP加工用ドレッサにおいて、ダイヤモンド砥粒の結晶の{111}面の垂線のドレッサ基体固定面への投影線分がドレッサの研削方向とほぼ平行とすること、あるいはこの{111}面が研磨布の研削面に対して15度〜75度傾斜することも提案されており、高強度を有するこの{111}面を切刃として研磨布(研磨パッド)の砥粒と接触させることで、効果的にドレッシングを行うとともに砥粒の欠けを生じにくくし、被研磨物のスクラッチの発生を防止するようにしている。
By the way, in
ところが、CMP装置に用いられるコンディショナは、CMP装置の回転する研磨パッド上に上記コンディショニング面を接触させて載置されて、CMPコンディショナ自体も研磨パッドの回転軸線とは異なる軸線回りに回転させられるとともに該研磨パッド上を揺動させられたりするため、コンディショニング面にろう付けされた砥粒の{111}面の垂線の上記投影線分が常に研削方向と平行となったりするとは限らない。そして、例えば{111}面以外の面が専ら研削方向に向けられた状態でコンディショニングが行われた場合には、この面と砥粒の突出端面となるやはり{111}面以外の面との稜線や頂部に摩耗が生じて研磨レートが早期に著しく低下したり、これらの稜線や頂部に欠損が生じてスクラッチが発生したりする。 However, the conditioner used in the CMP apparatus is placed on the polishing pad rotated by the CMP apparatus in contact with the conditioning surface, and the CMP conditioner itself is rotated about an axis different from the rotation axis of the polishing pad. In addition, since the surface of the polishing pad is swung, the projected line segment of the perpendicular of the {111} plane of the abrasive grains brazed to the conditioning surface is not always parallel to the grinding direction. For example, when conditioning is performed in a state where the surface other than the {111} surface is oriented exclusively in the grinding direction, the ridge line between this surface and the surface other than the {111} surface that becomes the protruding end surface of the abrasive grains. As a result, abrasion occurs at the top and the polishing rate is remarkably lowered at an early stage, or scratches occur due to defects at these ridge lines and the top.
そこで、特に砥粒としてダイヤモンド砥粒を用いた場合において、このような砥粒自体の欠損によるスクラッチや研磨レートの早期低下を防ぐには、上述のようにこのダイヤモンド砥粒を、その結晶面のうち111面が上記コンディショニング面と略平行とされて該コンディショニング面が対向する方向に向けられるように固着するのが望ましい。 Therefore, in particular, when diamond abrasive grains are used as the abrasive grains, in order to prevent such scratches due to defects in the abrasive grains themselves and an early decrease in the polishing rate, the diamond abrasive grains are used as described above. Of these, it is desirable that the 111 surface is substantially parallel to the conditioning surface and is fixed so that the conditioning surface faces in the opposite direction.
従って、このようなCMPコンディショナにおいて、その結晶面のうち111面がコンディショニング面と略平行に該コンディショニング面が対向する方向、すなわちCMP装置において研磨パッドと対向する方向に向けられるようにしてコンディショニング面に固着されたダイヤモンド砥粒にあっては、この111面がコンディショニング面からの突端面として突出して研磨パッドに接触するため、ダイヤモンド砥粒の結晶面同士の稜線部や頂部のように尖った部分が研磨パッド側に突き出した突出端となることがない。このため、このような尖った部分が早期に摩耗することによって研磨レートが著しく低下したり、あるいはかかる部分に欠損が生じて、その破片により、研磨パッドによって研磨される半導体ウェハ等の被研磨面にスクラッチが生じたりするのを防ぐことができる。 Therefore, in such a CMP conditioner, the conditioning surface is such that 111 of its crystal faces are oriented in a direction that faces the conditioning surface substantially parallel to the conditioning surface, that is, a direction that faces the polishing pad in the CMP apparatus. In the diamond abrasive grains fixed to the surface, since the 111 surface protrudes as a protruding end surface from the conditioning surface and comes into contact with the polishing pad, a sharp portion such as a ridge line portion or a top portion between the crystal surfaces of the diamond abrasive grains Does not become a protruding end protruding toward the polishing pad. For this reason, the polishing rate is remarkably reduced due to such pointed parts being worn out at an early stage, or the surface to be polished such as a semiconductor wafer is polished by the polishing pad due to the chipping of such parts. Scratching can be prevented.
そして、上記ダイヤモンド砥粒において研磨パッドに切り込まれて切れ刃のエッジとして作用するのは、上記突端面とされる高強度で耐摩耗性の高い111面とその周囲に隣接する他の結晶面との稜線部あるいは頂部であり、しかも突端面とされた111面は研磨パッドに対するダイヤモンド砥粒の研削方向が変動しても常に研磨パッドに対向して接触した状態とされるので、上記切れ刃は良好な切れ味を維持しつつも摩耗することが少なく、欠損などが生じることもない。従って、このようなCMPコンディショナによれば、高い研磨レートを長期に亙って安定的に維持することができてコンディショナ寿命の延長を図ることができるとともに、かかるコンディショナによってコンディショニングされた研磨パッドにより研磨される半導体ウェハ等において、よりスクラッチの少ない高品位の被研磨面を形成することが可能となる。 The diamond abrasive grains cut into the polishing pad and act as the edge of the cutting edge are the high-strength and high-abrasion-resistant 111 planes and the other crystal planes adjacent to the periphery. Since the 111 surface that is the ridge line portion or the top portion and the protruding end surface is always in contact with the polishing pad even if the grinding direction of the diamond abrasive grains with respect to the polishing pad varies, the cutting edge While maintaining a good sharpness, it is less likely to wear and does not cause defects. Therefore, according to such a CMP conditioner, a high polishing rate can be stably maintained over a long period of time, and the life of the conditioner can be extended, and the polishing that is conditioned by such a conditioner can be achieved. In a semiconductor wafer or the like polished by a pad, it is possible to form a high-quality polished surface with less scratches.
ここで、このようにコンディショニング面に固着されたダイヤモンド砥粒のうち、どの程度の砥粒がその111面をコンディショニング面と略平行に該コンディショニング面が対向する方向に向けられているかは、このダイヤモンド砥粒の結晶面のX線回折強度を測定することによって知ることができる。すなわち、111面がコンディショニング面と略平行にその対向方向に向けられて固着されたダイヤモンド砥粒が多ければ、この111面に関して高いX線回折強度が得られ、その分他の結晶面の回折強度は低くなるので、111面も含めた各結晶面のX線回折強度の総和に対する111面のX線回折強度の比率(以下、111面検出率と称する。)が高いほど、より多くのダイヤモンド砥粒がその111面をコンディショニング面と略平行にして該コンディショニング面の対向方向に向け固着されているものと認めることができる。 Here, of the diamond abrasive grains fixed to the conditioning surface in this way, how much of the abrasive grains are oriented in the direction in which the conditioning surface is opposed to the 111 surface substantially parallel to the conditioning surface. This can be known by measuring the X-ray diffraction intensity of the crystal plane of the abrasive grains. That is, if there are a large number of diamond abrasive grains fixed with the 111 surface oriented substantially parallel to the conditioning surface in the opposite direction, a high X-ray diffraction intensity can be obtained with respect to the 111 surface, and the diffraction intensity of the other crystal surface accordingly Therefore, the higher the ratio of the X-ray diffraction intensity of the 111 plane to the total X-ray diffraction intensity of each crystal plane including the 111 plane (hereinafter referred to as the 111-plane detection rate), the more diamond abrasives. It can be recognized that the grains are fixed in the direction opposite to the conditioning surface with the 111 surface substantially parallel to the conditioning surface.
そこで、このような知見に基づき、上記構成のCMPコンディショナにおいては上述のように、上記コンディショニング面にあって、該コンディショニング面上の複数の測定箇所において上記ダイヤモンド砥粒の結晶面のX線回折強度を測定した際の上記111面検出率が、上記複数の測定箇所における平均として70%以上とされているのが望ましく、このように高い111面検出率とすることで上述の効果をより確実に奏功することが可能となる。すなわち、この111面検出率が70%未満であると、相対的に他の結晶面を突端面として固着されたダイヤモンド砥粒や結晶面同士の稜線や頂部を突出させて固着されたダイヤモンド砥粒の割合が多くなり、これらの砥粒によって研磨レートが早期に低下したり欠損によりスクラッチが発生する可能性が高くなったりするおそれがある。 Therefore, based on such knowledge, as described above, in the CMP conditioner having the above-mentioned configuration, the X-ray diffraction of the crystal surface of the diamond abrasive grain is present on the conditioning surface at a plurality of measurement points on the conditioning surface. It is desirable that the 111 surface detection rate when measuring the intensity is 70% or more as an average at the plurality of measurement points, and the above-described effects can be more reliably achieved by setting the 111 surface detection rate as high as this. It becomes possible to succeed. That is, when the 111-plane detection rate is less than 70%, diamond abrasive grains fixed with other crystal planes as protrusion surfaces, or diamond abrasive grains fixed by protruding ridges or tops of crystal planes. There is a risk that the polishing rate is lowered early by these abrasive grains, or the possibility of scratches due to defects is increased.
一方、このように111面を突端面としてコンディショニング面と略平行に該コンディショニング面が対向する方向に向けたダイヤモンド砥粒においては、この111面の反対側に位置する111面が着座面として、やはりコンディショニング面と平行に、コンディショナ側に対向するように着座させられ、金属結合相により固着させられることになる。このため、特に金属結合相がろう付け相であってその濡れ性がよく、すなわち上記着座面とされる111面とコンディショナとの間のろう付け相が薄くなるような場合には、コンディショナ側の表面が平坦であればこの着座面の座りがよく、従ってより確実に上記突端面とされる111面がコンディショニング面と平行に突出するようにダイヤモンド砥粒を固着することができて、一層効果的に上述の効果を奏功することが可能となる。 On the other hand, in the diamond abrasive grains having the 111 surface as a protruding end surface and facing the conditioning surface substantially parallel to the conditioning surface, the 111 surface located on the opposite side of the 111 surface is the seating surface. It is seated so as to face the conditioner side in parallel with the conditioning surface, and is fixed by the metal binder phase. For this reason, the conditioner is particularly suitable when the metal binder phase is a brazing phase and has good wettability, that is, when the brazing phase between the surface 111 and the conditioner is thin. If the surface on the side is flat, the seating surface is satisfactorily seated. Therefore, the diamond abrasive grains can be fixed so that the 111 surface, which is the tip surface, protrudes in parallel with the conditioning surface. The above-described effects can be effectively achieved.
図1および図2は、本発明のCMPコンディショナの第1の実施形態を示すものである。本実施形態においてコンディショナ本体(台金)1はステンレス等の金属材料により軸線Oを中心とした略円板状に形成され、その軸線Oに垂直な一方の円形面に、コンディショニングの際にCMP装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショニング面2が配設されていて、このコンディショニング面2に砥粒層3が形成されている。このようなCMPコンディショナは、このコンディショニング面2をCMP装置の研磨パッド表面に平行に対向させて接触させられ、該研磨パッドの回転軸線から離れた位置で上記軸線O回りに回転されつつ、コンディショナ本体1自体もパッド表面の内外周に揺動させられて、上記研磨パッドのコンディショニング(ドレッシングまたは目立て)に用いられる。
1 and 2 show a first embodiment of a CMP conditioner of the present invention. In this embodiment, the conditioner main body (base metal) 1 is formed in a substantially disc shape centered on the axis O by a metal material such as stainless steel, and is subjected to CMP on one circular surface perpendicular to the axis O during conditioning. A
なお、本実施形態においては、上記コンディショニング面2の外周側に、該コンディショニング面2と平行な円環状の端面4fとこの端面4fから外周側に向かうに従い漸次後退するテーパ面4tとを有して上記軸線Oを中心とした一定幅の環状に突出するリング部4が形成されるとともに、このリング部4の内周側には、やはりコンディショニング面2と平行でリング部4と等しい突出高さの円形の端面5fを有する互いに同形同大の略円柱状の複数の突部5が間隔をあけて形成されている。ただし、このうち突部5は、図1に示すようにリング部4内周のうちでも外周側の部分のみに、軸線Oを中心とした複数(図1では3つ)の同心円をなすようにして、各円ごとに等間隔に、かつ隣接する円同士では千鳥状となるように配設されている。
In the present embodiment, an
上記砥粒層3は、本実施形態ではこれらリング部4の上記端面4fおよびテーパ面4tと突部5の端面5fとにおいて、コンディショナ本体1の表面に形成されている。なお、リング部4内周側のコンディショニング面2の底面(突部5の間の部分)2fは軸線Oに垂直な平坦面とされて砥粒層5は形成されておらず、上記端面4f,5fは厳密にはこの底面2fに平行とされて軸線O方向に垂直とされ、該軸線O方向に互いに突出高さに位置するようにさせられている。また、リング部4の端面4fの内周側は軸線Oを中心とした円筒面状とされている。
In the present embodiment, the
ここで、図2に示すようにこの砥粒層3は、砥粒としてダイヤモンド砥粒6が、金属結合相として電着により形成されたニッケル等の金属めっき相7を介して、リング部4および各突部5のそれぞれに複数(多数)個ずつ単層に分散固着されてなるものであり、ダイヤモンド砥粒6はその平均粒径の30%程度の部分が金属めっき相7の表面から突き出し、残りの部分が該金属めっき相7内に埋没して保持されている。なお、このように電着による金属めっき相7によって固着されたダイヤモンド砥粒6は、金属めっきとの濡れ性が悪いことから金属めっき相7との境界部8に極微小な隙間を生じ、特に砥粒層3の表面においては図2に示すようにこの境界部8が微視的に窪んだ凹状に形成されてしまう。
Here, as shown in FIG. 2, the
さらに、これらのダイヤモンド砥粒6は、その結晶面のうちの111面の1つが、上記コンディショニング面2と略平行とされ、すなわち上記軸線Oに略垂直な平面に沿うようにされて、このコンディショニング面2が対向する方向、すなわち上述のコンディショニング時に研磨パッドの表面側を向く方向に向けられるように固着されている。従って、こうして固着されたダイヤモンド砥粒6においては、上記111面がコンディショニング面2から軸線O方向に突出する突端面6aとなる。
Further, these diamond abrasive grains 6 are such that one of 111 crystal faces thereof is substantially parallel to the
ただし、このように固着されたダイヤモンド砥粒6においては、そのすべてが111面を上述のような突端面6aとしてコンディショニング面2と平行かつその対向方向に向けられてなくてもよく、またこの突端面6aとされる111面が厳密にコンディショニング面2と平行とされていなくてもよい。ここで、本実施形態では、上記コンディショニング面2における複数の測定箇所Pにおいてダイヤモンド砥粒6の結晶面のX線回折強度を測定した際の111面検出率が、これら複数の測定箇所Pにおける平均として70%以上とされており、言い換えればこのような平均の111面検出率が得られるように、ダイヤモンド砥粒6が111面を突端面6aとしてコンディショニング面2と略平行に上記対向方向に向けて固着されている。
However, in the diamond abrasive grains 6 fixed in this way, all of them need not have the 111 surface as a
なお、このように111面の1つがコンディショニング面2と略平行にその対向方向に向けられた突端面6aとなるようにダイヤモンド砥粒6を固着するには、例えば該ダイヤモンド砥粒6を1つ1つ、その111面の向きを揃えてコンディショニング面2上に配列・固定し、上記金属めっき相7によって固着するようにしてもよいが、例えば市販の人造ダイヤモンド砥粒6などの中から111面の大きい、いわゆる六・八面体状ないしは八・六面体状の砥粒を選別し、これをコンディショニング面2が上向きとなるようにコンディショナ本体1が浸漬された金属めっき液中に分散しつつ金属めっき相7を析出させることにより固着するようにしてもよい。すなわち、このような六・八面体状ないしは八・六面体状のダイヤモンド砥粒6は、面積の大きいいずれか1つの111面が軸線Oに垂直にコンディショナ本体1側を向いて接地・着座して着座面6bとなる可能性が高く、この着座面6bとなった111面と平行な反対側の111面は、コンディショニング面2と略平行に該コンディショニング面2が向く方向に向けられることになるので、この反対側の111面を上記突端面6aとして上述のような111面検出率が得られるようにダイヤモンド砥粒6を固着することができる。
In order to fix the diamond abrasive grains 6 so that one of the 111 surfaces becomes the projecting
そして、このようにダイヤモンド砥粒6が金属めっき相7によって固着された砥粒層3において、この金属めっき相7の表面には、多結晶であり、該結晶同士の界面にガラス層からなる粒界層が実質的に存在しない酸化物被膜9が形成されている。ここで、この酸化物被膜9は、本実施形態ではアルミナ被膜である。
And in the
本発明のCMPコンディショナの製造方法の一実施形態では、このような酸化物被膜9が、上述のように金属めっき相7によってダイヤモンド砥粒6が固着されて砥粒層3が形成されたコンディショニング面2に対して、その砥粒層3における上記金属めっき相7の表面に、脆性材料の微粒子をガス中に分散させたエアロゾルを噴射して衝突させることによる、エアロゾルデポジション法によって形成される。
In one embodiment of the CMP conditioner manufacturing method of the present invention, such an
図3は、この実施形態の製造方法に用いられるエアロゾルデポジション装置20を示したものであり、窒素ガスボンベ201の先にガス搬送管202を介してエアロゾル発生器203が設置され、その下流側にエアロゾル搬送管204を介して、セラミック膜形成室205内に配置された例えば直径2mmの導入開口と10mm×0.4mmの導出開口をもつノズル206が接続されている。エアロゾル発生器203内には、脆性材料の微粒子として酸化アルミニウム(アルミナ)微粒子粉体が充填されている。そして、ノズル206の開口の先には、例えばXYZθステージ207に保持された被製膜物208として、砥粒層3が形成されたコンディショナ本体1が、そのコンディショニング面2をノズル203の開口側に向けて配置されている。なお、セラミックス膜形成室205は真空ポンプ209と接続されている。
FIG. 3 shows an
このようなエアロゾルデポジション装置20を用いて上記酸化物被膜9を形成する場合の本発明の製造方法の実施形態では、まず窒素ガスボンベ201を開栓し、ガス搬送管202を通じてガスをエアロゾル発生器203内に送り込み、同時にエアロゾル発生器203を運転させて酸化アルミニウム微粒子と窒素ガスが適当比で混合されたエアロゾルを発生させる。また、真空ポンプ209を稼働させ、エアロゾル発生器203とセラミックス膜形成室205の間に差圧を生じさせる。エアロゾルはこの差圧に乗って下流側のエアロゾル搬送管204に導入されて加速し、ノズル206よりコンディショナ本体1のコンディショニング面2に向けて噴射する。コンディショナ本体1はXYZθステージ207により自在に揺動され、エアロゾル衝突位置を変化させつつ、微粒子の衝突によりコンディショニング面2の所望位置に膜状の酸化物(アルミナ)被膜9が形成されていく。
In the embodiment of the manufacturing method of the present invention in which the
なお、ここでは真空ポンプ209にてセラミックス膜形成室205を減圧環境下としているが、必ずしも減圧環境にする必要はなく、大気中圧下にて製膜することも可能である。またガスも窒素に限らず、ヘリウム、圧縮空気などの使用は自在である。
Here, although the ceramic
従って、このようにして製造された本実施形態のCMPコンディショナにおいては、そのコンディショニング面2の金属めっき相(金属結合相)7の表面に、多結晶であり、その結晶同士の界面にガラス層からなる粒界層が存在しない酸化物被膜9が形成されて被覆されているので、CMP装置における半導体ウェハ等の研磨の際に酸性やアルカリ性の腐食性の高いスラリーが用いられていても、かかる酸化物被膜9が備える高い耐食性により金属めっき相7が腐食するのを防ぐことができる。特に、本実施形態ではこの酸化物被膜9がアルミナ被膜であるので、より安定した耐食性を得ることができる。このため、上記構成のCMPコンディショナによれば、このような金属めっき相7の腐食によってダイヤモンド砥粒6が脱落して半導体ウェハ等にスクラッチが発生するのを防ぐことができ、これによりCMP装置において高品位の半導体ウェハの研磨を図ることが可能となる。
Therefore, in the CMP conditioner of this embodiment manufactured as described above, the surface of the metal plating phase (metal bonding phase) 7 of the
また、特に上記製造方法の一実施形態のようにエアロゾルデポジション法によって上記酸化物被膜9を形成した場合には、上述のように原子が剥き出しの状態とされた活性な新生面による微粒子同士の接合、あるいは微粒子と基材(金属めっき相7)表面との接合によるアンカー層の形成により、十分な膜強度および付着強度を得ることができ、スラリーに対する耐食性を長期に亘って維持することができる。しかも、膜形成時には上記XYZθステージ207等によりコンディショナ本体1をノズル206に対して揺動させたり傾動させたりしつつエアロゾルを噴射することで、ダイヤモンド砥粒6と金属めっき相7との窪んだ境界部8にも確実に酸化物被膜9を形成することができるとともに、この境界部8においては噴射されたエアロゾルの微粒子が衝突することによって金属めっき相7や付着した酸化物被膜9に応力が発生し、この応力による変形によって上記境界部8における微小な隙間が埋め潰された上で、さらにダイヤモンド砥粒6が周囲から押圧されて締め付けられるカシメ効果が生じるので、ダイヤモンド砥粒6の脱落によるスクラッチの発生を一層確実に防止することも可能となる。
In particular, when the
さらに、上記エアロゾルデポジション法では、このように基材表面に対しては、衝突した微粒子と基材表面の破砕や変形による活性な新生面の接合により、酸化物被膜9の一部が基材表面に食い込んでアンカー層が形成されることで被覆がなされるため、脆性材料(アルミナ)微粒子に比べて硬度が著しく高い、例えば上記ダイヤモンド砥粒6やcBN砥粒のような超砥粒が基材となる場合には、その表面に酸化物被膜9は形成されない。従って、上述のような高い耐食性を有する被膜を形成するにしても、例えばSiC等のセラミックス被膜をCVDやイオンプレーティング等の気相コーティング技術によって被覆する場合のように、被膜形成後に砥粒の表面のみから該被膜を除去するような工程が必要となるようなこともない。また、かかる酸化物被膜9は常温で、しかも上述のように大気中圧下の常圧でも形成が可能であり、ノズル206からエアロゾルを噴射するだけの簡略な製造方法でもあるので、上記製造方法によれば、複雑な工程や高価な装置などを必要とすることなく、比較的低コストで優れた耐食性を有するCMPコンディショナを製造することができる。
Further, in the aerosol deposition method, a part of the
一方、本実施形態のCMPコンディショナでは、コンディショニング面2のリング部4、突部5の端面4f,5fに固着されたダイヤモンド砥粒6において、高強度で耐摩耗性の高い111面の1つが突端面6aとして、コンディショニング面2と略平行とされて、該コンディショニング面2が対向するCMP装置において研磨パッド側を向く方向に配向させられているので、この111面とこれに隣接する結晶面とが交差した切れ刃のエッジとなる稜線部や頂部には鋭い切れ味を確保しつつも、この切れ刃部分の摩耗を抑えるとともに欠損を防ぐことができる。このため、パッドの研磨レートが早期に著しく低下するのを防いで、長期に亙って安定した、しかも高い研磨レートを維持することができるとともに、欠損した砥粒6の破片によって半導体ウェハ等にスクラッチが生じたりするのも防ぐことができ、これにより、さらに高品位の研磨を施すことが可能となる。
On the other hand, in the CMP conditioner of the present embodiment, in the diamond abrasive grains 6 fixed to the ring portion 4 of the
また、このように切刃部分の摩耗や欠損を防ぐことが可能な、111面がコンディショニング面2と略平行にその対向方向に向けられたダイヤモンド砥粒6が、上記111面検出率が70%以上となるような高い割合で固着されているので、より確実に上述のような安定した高いパッド研磨レートを維持し、かつスクラッチの発生を防止することが可能となる。すなわち、この111面検出率が70%未満であると、他の結晶面や結晶面同士の稜線、頂部が上記対向方向に向けられたダイヤモンド砥粒6の割合が多くなり、上述のような効果を十分に奏功することができなくなるおそれがある。なお、このようにダイヤモンド砥粒6のX線回折強度を測定して111面検出率を算出するときには、コンディショニング面2において部分的に上記対向方向に向けられた結晶面に偏りが生じるおそれもあるので、複数の測定箇所、望ましくは上記第1の実施形態や後述する第2の実施形態の測定箇所Pのように4箇所以上の測定箇所PでX線回折強度を測定して、その平均をとるのが望ましい。
In addition, the diamond surface 6 in which the 111 surface can be prevented from wearing and chipping in the cutting edge portion in this way and is directed in the opposite direction substantially parallel to the
さらに、上記第1の実施形態のようにコンディショニング面2に突部5を形成して、その上記対向方向を向く端面5fにダイヤモンド砥粒6を固着したCMPコンディショナにおいては、コンディショニングの際に突部5上においてダイヤモンド砥粒6がパッドにベタ当たりせずに高い研削圧力が確保されるため、より鋭い切れ味を上記切れ刃に与えて一層高い研磨レートを得ることができ、このような研磨レートを長期に亙って安定して維持することが可能となるとともに、スクラッチ数もより確実に抑えることができる。さらにまた、この第1の実施形態ではコンディショニング面2の突部5が形成された部分よりも外周側にリング部4が形成されてその端面4fおよび外周側のテーパ面4tにもダイヤモンド砥粒6が固着されているので、研磨パッドの撓みを抑えて一層効果的に上記切れ刃を食い付かせることができるという効果も得られる。ただし、こうして突部5を形成した場合には、リング部4は形成されていなくてもよい。
Further, in the CMP conditioner in which the protrusion 5 is formed on the
次に、図4および図5は、本発明のCMPコンディショナの第2の実施形態を示すものであり、図1および図2に示した第1の実施形態と共通する部分には同一の符号を配して説明を省略する。この第2の実施形態では、コンディショニング面2の内周側に突部5は形成されておらず、外周側に第1の実施形態よりは幅広のリング部4が形成されているだけであって、ただしリング部4の上記端面4fより外周側の部分は第1の実施形態と同様に外周側に向かうに従い漸次後退するテーパ面4tとされる一方、端面4fより内周側の部分も内周側に向かうに従い漸次後退するテーパ面4tとされていて、これら端面4fとその内外周の両テーパ面4t上に砥粒層3が形成されている。
Next, FIG. 4 and FIG. 5 show a second embodiment of the CMP conditioner of the present invention, and the same reference numerals are used for parts common to the first embodiment shown in FIG. 1 and FIG. Will be omitted. In the second embodiment, the protrusion 5 is not formed on the inner peripheral side of the
さらに、本実施形態では、この砥粒層3においてダイヤモンド砥粒6を固着する金属結合相が、アモルファスニッケル等のろう材よりなる金属ろう付け相10とされており、すなわちコンディショナ本体1の砥粒層3が形成される部分にろう材を介してダイヤモンド砥粒6を配設し、このろう材を加熱・溶融した後に冷却・固化することによりダイヤモンド砥粒6が固着されている。そして、本実施形態でも、この金属ろう付け相(金属結合相)10の表面には、第1の実施形態と同様にエアロゾルデポジション法によって酸化物被膜(アルミナ被膜)9が形成されている。
Furthermore, in this embodiment, the metal binder phase that fixes the diamond abrasive grains 6 in the
なお、本実施形態においてもダイヤモンド砥粒6は、望ましくは図4に示す4つの測定箇所Pで測定したX線回折強度の平均として111面検出率が70%以上となるように、その結晶面のうちの111面の1つが突端面6aとして、コンディショニング面2と略平行すなわち上記軸線Oに略垂直な平面に沿うようにされ、コンディショニング時に研磨パッドの表面側を向くコンディショニング面2の対向方向に向けられるように固着されている。従って、このようなダイヤモンド砥粒6の着座面6bとなる上記突端面6aの反対側の他の1つの111面も、上記端面4f部分においては軸線Oに略垂直な平面上に沿ってコンディショナ本体1側に向けられることになる。
In this embodiment as well, the diamond abrasive grains 6 preferably have their crystal faces so that the average of the X-ray diffraction intensities measured at the four measurement points P shown in FIG. One of the 111 surfaces is a projecting
また、こうして固着されたダイヤモンド砥粒6は、第1の実施形態とは略逆にその平均粒径の30%程度の部分が金属ろう付け相10内に埋没し、残りの部分が該金属ろう付け相10の表面から突出するように保持されている。ここで、上述のようにろう付けの際に加熱・溶融したろう材はダイヤモンド砥粒6に対する濡れ性がよく、固着されたダイヤモンド砥粒6の周辺では金属ろう付け相10が、例えば図5に示すように上記着座面6bの周囲に配置される結晶面に向けて盛り上がって密着するように形成される。
Further, the diamond abrasive grains 6 fixed in this manner have a portion of about 30% of the average particle diameter embedded in the
図6は、このようにダイヤモンド砥粒6をろう付けによって金属ろう付け相10により固着する場合の一例に用いられる型30を示す概略図である。この例において、コンディショナ本体1は、コンディショニング面2とされる面を上向きにして黒鉛板301上に載置され、この面の砥粒層3が形成される部分に上記アモルファスニッケル等のろう材よりなるシート302を載置して、このシート302の上にダイヤモンド砥粒6を、上述のように111面の1つが上記突端面6aとなるように例えばハンドセットにより、接着剤を介して固定する。次いで、このコンディショナ本体1の外周部を黒鉛リング303によって囲繞するとともに、固定されたダイヤモンド砥粒6の上に黒鉛シート304を被せたうえで、さらにその上にアルミナ等の重し板305を載置し、コンディショナ本体1を収容した上記型30を構成する。
FIG. 6 is a schematic view showing a
このようにして構成した型30を図示されない真空炉にセットして、真空引き、脱脂した後に加熱ろう付けして冷却することにより、ダイヤモンド砥粒6が金属ろう付け相10によって固着されて砥粒層3がコンディショニング面2に形成される。そして、こうして砥粒層3が形成されたコンディショナ本体1に、本実施形態においても例えば図3に示したのと同様のエアロゾルデポジション装置20を用いて、この金属ろう付け相10の表面にエアロゾルデポジション法により酸化物被膜(アルミナ被膜)9を形成することにより、上記構成のCMPコンディショナを製造することができる。
The
従って、例えばこのようにして製造される第2の実施形態のCMPコンディショナでも、砥粒層3においてダイヤモンド砥粒6を固着する金属ろう付け相(金属結合相)10の表面に、多結晶であり、該結晶同士の界面にガラス層からなる粒界層が存在しない酸化物被膜9が形成されるので、第1の実施形態と同様にCMP装置において腐食性の高いスラリーが用いられていても、スクラッチの発生を確実に防いで高品位の半導体ウェハ等の研磨を図ることが可能となる。また、この第2の実施形態では、上述のように砥粒層3における金属結合相(金属ろう付け相10)からのダイヤモンド砥粒6の突き出し量が、例えば金属めっき相7を結合相とした第1の実施形態などと比べて大きくされるので、その表面に酸化物被膜9が形成されていても、研磨パッドへのベタ当たりを防ぐとともにスラリーを保持し、かつ切屑を収容・排出するための空間(ポケット)を隣接するダイヤモンド砥粒6間に確保することができ、円滑なコンディショニングを促すことも可能となる。
Therefore, for example, even in the CMP conditioner of the second embodiment manufactured as described above, the surface of the metal brazing phase (metal bonded phase) 10 that fixes the diamond abrasive grains 6 in the
一方、この第2の実施形態のCMPコンディショナの製造方法でも、金属ろう付け相10によってダイヤモンド砥粒6を固着した後の、エアロゾルデポジション法により酸化物被膜9を形成する工程では、第1の実施形態のCMPコンディショナを製造する場合と同様の効果を得ることができる。また、金属結合相が金属ろう付け相10であって、ダイヤモンド砥粒6を固着する際に加熱溶融したろう材の濡れ性がよく、すなわち流動性も高いため、ダイヤモンド砥粒6の上記着座面6bとコンディショナ本体1の表面との間の金属ろう付け相10の厚さが薄くなり、これによって着座面6bの座りがよくなって該着座面6bをコンディショナ本体1表面に対して平行により近い状態に着座させることができる。このため、リング部4の軸線Oに垂直な上記端面4f部分においては、この着座面6bの反対側の突端面6aとなる111面も、より確実に軸線Oに垂直にコンディショニング面2の上記対向方向に向けられることになるので、上述のような高い研磨レートをさらに長期に亘って安定して維持するとともにダイヤモンド砥粒6の欠損等によるスクラッチも効果的に防ぐことができる。
On the other hand, also in the manufacturing method of the CMP conditioner of the second embodiment, in the step of forming the
しかも、本実施形態の製造方法において、この金属ろう付け相10によりダイヤモンド砥粒6を固着する際に用いられる上記型30では、ろう材よりなるシート302上に設置したダイヤモンド砥粒6に、黒鉛シート304を介して重し板305により負荷が与えられ、この状態のまま型30が真空炉にセットされてろう材シート302が加熱・溶融されるので、一層確実に着座面6bおよび突端面6aを軸線Oに垂直にしてダイヤモンド砥粒6を固着することができる。また、特にアモルファス金属ろう材のシート302を用いることにより、溶融の際のろう材の収縮がなくてダイヤモンド砥粒6の移動を最小限に抑えることができるとともに、上述のような高い流動性を得ることができて加熱状態での保持時間を短縮することができ、また金属ろう付け相10の厚みのバラツキを少なくできる上、その取り扱いも容易であるという利点が得られる。さらに、このシート302は、コンディショナ本体1の表面には接着剤等を介することなく載置されるので、ろう付けの際に接着剤から発生するガスによってダイヤモンド砥粒6がずれたり、ろう材切れが生じたり、真空炉内の真空度が悪化したりするのを抑制することも可能となる。
Moreover, in the manufacturing method of the present embodiment, in the
次に、本発明の実施例を挙げてその効果を実証する。本実施例においては、まず、コンディショニング面2の複数の測定箇所Pにおけるダイヤモンド砥粒6の結晶面のX線回折強度の111面検出率が平均70%未満とされていること以外は第1、第2の実施形態に基づいた2種のCMPコンディショナと、この111面検出率が70%以上とされた第1、第2の実施形態に基づく2種のCMPコンディショナとを製造した。これらを順に実施例1〜4とする。従って、実施例1、3では金属結合相としての金属めっき相7表面に酸化物被膜(アルミナ被膜)9が形成され、実施例2、4では金属ろう付け相10表面に同様の酸化物被膜9が形成される。また、これらに対する比較例として、この酸化物被膜9が形成されていないこと以外は実施例1〜4と同様のCMPコンディショナも製造した。これらを比較例1〜4とする。
Next, the effect of the present invention will be demonstrated with examples of the present invention. In this example, first, except that the 111 plane detection rate of the X-ray diffraction intensity of the crystal surface of the diamond abrasive grain 6 at the plurality of measurement points P of the
なお、実施例1、3および比較例1、3のCMPコンディショナでは、コンディショナ本体1は、コンディショニング面2の外径(コンディショナ本体1の外径)が101.6mm、リング部4の内径は90mm、端面4fの外径は94mm、テーパ面4tも含めたリング部4の外径は97mm、突部5の外径は2mmで、コンディショニング面2の底面2fからのリング部4、突部5の突出高さ(上記端面4f,5fの高さ)は0.3mmである。また、突部5は、内径67mm、外径85mmの軸線Oを中心とした円環面の範囲に、軸線Oを中心として略等間隔をあけた同心円上に図1に示す通りに配列されている。さらに、砥粒は平均粒径160μmのダイヤモンド砥粒6であって、集中度は砥粒層3において単位面積当たりに固着されたダイヤモンド砥粒の数として40ヶ/mm2とされ、金属めっき相7はニッケルめっき相である。
In the CMP conditioners of Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 3, the
これら実施例1、3および比較例1、3のCMPコンディショナを製造する際には、まず台金となるステンレス(SUS304)製のコンディショナ本体1を洗浄して表面の油分を除去し、ダイヤモンド砥粒6を電着する部分以外をマスキングした後、脱脂、酸活性処理、ニッケルストライクめっき等の前処理を施してからニッケルで下地めっきし、これをダイヤモンド砥粒6が分散されたニッケルめっき液中に浸漬して、電解めっきにより上記コンディショニング面2の砥粒層3を形成する部分にニッケルめっき相を析出させつつダイヤモンド砥粒6を固着し、さらに過剰なダイヤモンド砥粒6を除去しつつニッケルめっき相を成長させてダイヤモンド砥粒6を埋め込み、しかる後めっき槽から引き上げて洗浄し、最後にマスキングを除去することによって製造した。
When manufacturing the CMP conditioners of Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 3, first, the
ここで、上記111面検出率が70%以上とされる実施例3および比較例3では、めっき槽のニッケルめっき液に分散されるダイヤモンド砥粒6として、市販の人造ダイヤモンド砥粒から六・八面体状ないしは八・六面体状のダイヤモンド砥粒を多く含む一群のダイヤモンド砥粒を顕微鏡によって観察して選別したものを用い、さらにこのダイヤモンド砥粒6を固着する際にニッケルめっき液に超音波を照射して、着座面6bおよび突端面6aとなる111面が軸線Oに垂直となるようダイヤモンド砥粒6の向きを揃えるようにした。これに対して、111面検出率が70%未満の実施例1、比較例1では、上記平均粒径の市販の人造ダイヤモンド砥粒をそのままニッケルめっき液に分散し、超音波照射も行わずに固着した。
Here, in Example 3 and Comparative Example 3 in which the 111-surface detection rate is 70% or more, as the diamond abrasive grains 6 dispersed in the nickel plating solution in the plating tank, six-eighth from commercially available artificial diamond abrasive grains. A group of diamond grains containing a large number of faceted or octahedral hexagonal grains is selected by observing with a microscope, and when the diamond grains 6 are fixed, the nickel plating solution is irradiated with ultrasonic waves. Thus, the diamond abrasive grains 6 are aligned so that the 111 surfaces serving as the
また、実施例2、4および比較例2、4のCMPコンディショナは、コンディショナ本体1の外径(コンディショニング面2の外径)が実施例1、3および比較例1、3と同じく101.6mmで、リング部4は、コンディショニング面2の底面2fからの突出高さが1mm、端面4fの内径が68.7mm、外径が94.1mm、内外周のテーパ面4fも含めたリング部4の内径が61.1mmで外径はコンディショニング面2の外径と等しくされている。なお、台金となるコンディショナ本体1の材質、固着されるダイヤモンド砥粒6の平均粒径、集中度は実施例1、3および比較例1、3と同じである。
Further, in the CMP conditioners of Examples 2 and 4 and Comparative Examples 2 and 4, the outer diameter of the conditioner main body 1 (the outer diameter of the conditioning surface 2) is the same as that of Examples 1 and 3 and Comparative Examples 1 and 3. 6 mm, the ring portion 4 has a protruding height from the
これら実施例2、4および比較例2、4のCMPコンディショナを製造する際には、まず図6に示したように、上記コンディショナ本体1を黒鉛板301上に載置してコンディショニング面2の砥粒層3が形成される部分にアモルファスニッケルろう材シート(メトグラス社製MBF−20)302を載置し、その上に接着剤(積水化学工業株式会社製、製品名称:スプレーのりZERO)をスプレーして塗布した上で、上記ダイヤモンド砥粒6を接着して固定し、さらにその外周部を黒鉛リング303によって囲繞するとともに、ダイヤモンド砥粒6の上に黒鉛シート(東洋炭素株式会社製PF−50)304を被せ、さらにその上にコンディショニング面2と同じ大きさの円板状をなすアルミナ製の重し板(質量450g)305を載置してコンディショナ本体1を収容した上記型30を構成した。
When manufacturing the CMP conditioners of Examples 2 and 4 and Comparative Examples 2 and 4, the
そして、この型30を真空炉内にセットして、まず10−5Torr台まで真空引きして550℃で5分間保持することにより上記接着剤の分解ガスを除去して脱脂し、次いで10−4Torr台で1050℃に5分間保持することにより、上記ろう材シート302を加熱・溶融してろう付けし、これを200℃以下まで冷却した後に真空炉から取り出し、さらに型30からCMPコンディショナを取り出した。
Then, this
ここで、111面検出率が70%以上とされる実施例4および比較例4では、ダイヤモンド砥粒6として上記実施例3および比較例3と同様に、市販の人造ダイヤモンド砥粒から六・八面体状ないしは八・六面体状のダイヤモンド砥粒を多く含む一群のダイヤモンド砥粒を顕微鏡によって観察して選別したものを用い、これを1つ1つハンドセットで接着剤が塗布された上記ろう材シート302上に、111面の1つが突端面6aとして上向きすなわちコンディショニング面2が対向する方向となるように固定して、ろう付けした。これに対して、111面検出率が70%未満の実施例2、比較例2では、上記平均粒径の市販の人造ダイヤモンド砥粒をそのままランダムに固定しただけで、ろう付けした。
Here, in Example 4 and Comparative Example 4 in which the 111-surface detection rate is 70% or more, the diamond abrasive grains 6 are made from commercially available artificial diamond abrasive grains as in the case of Example 3 and Comparative Example 3 described above. The brazing
そして、こうして砥粒層3が形成されたCMPコンディショナのうち、本発明に係る実施例1〜4においては、いずれも図3に示したエアロゾルデポジション装置20により、平均粒径0.6μmのアルミナ粒子を用いて、窒素ガス7l/minの流量でエアロゾルを発生させ、これを上述のように直径2mmの導入開口と10mm×0.4mmの導出開口をもつノズル206から噴射して、実施例1、3においては上記金属めっき相7の表面に、また実施例2、4においては上記金属ろう付け相10の表面に、それぞれ膜厚3〜5μmの酸化物被膜(アルミナ被膜)9を形成した。
And in Examples 1-4 which concern on this invention among the CMP conditioners in which the abrasive-
これら実施例1〜4および比較例1〜4に対し、図1および図3に示したようにコンディショニング面2の砥粒層3における複数(4つ)の測定箇所Pにおいて、ダイヤモンド砥粒6の111面のX線回折強度とこれ以外の他の結晶面のX線回折強度とを測定した。この結果と、これに基づいて111面検出率を算出した結果とを、4つの測定箇所Pの平均として表1に示す。なお、このX線回折強度の測定において、測定装置は理学電機株式会社製・型番RINT2000/ULTIMA+、使用管球(ターゲット)はCu(Kα)、電圧40kV、電流40mA、スリット1°−0.3mm−1°、測定範囲2θ=35°〜145°、ステップ幅0.02°、走査速度3°/mmで、測定箇所Pは、それぞれリング部4における端面4fと外周側のテーパ面4tとの円形の稜線を超えない範囲で該稜線に略内接し、軸線Oを中心に周方向に90°間隔で等間隔に位置するスポット円であり、そのスポット径は10mmであった。
With respect to these Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, as shown in FIGS. 1 and 3, the diamond abrasive grains 6 were measured at a plurality (four) of measurement points P in the
そして、これら実施例1〜4および比較例1〜4のCMPコンディショナにより、同一の条件の下でCMP装置においてそれぞれ研磨パッドをコンディショニングしつつ該研磨パッドによってシリコンウェハの研磨を行い、その際の所定コンディショニング時間ごとのウェハに生じたスクラッチの本数とパッド研磨レート(μm/h)とを測定した。この結果を、スクラッチの数については表2に、またパッド研磨レートについては表3にそれぞれ示す。なお、研磨パッドはRohm and Haas社製の発泡ポリウレタンパッド(商品名:IC1000)であって外径は360mm、プラテン(パッド)回転数は80r.p/m、コンディショナ回転数も80r.p.m、コンディショナ揺動速度は3000mm/min、であって、コンディショナ本体1に49Nの荷重を与えつつ、スラリーとしてSTI用スラリー(セイミケミカル株式会社製CES−333−2.5)を100ml/minで供給しながらコンディショニングを行った。
Then, with the CMP conditioners of Examples 1 to 4 and Comparative Examples 1 to 4, the silicon wafer was polished with the polishing pad while conditioning the polishing pad in the CMP apparatus under the same conditions. The number of scratches generated on the wafer at each predetermined conditioning time and the pad polishing rate (μm / h) were measured. The results are shown in Table 2 for the number of scratches and Table 3 for the pad polishing rate. The polishing pad is a foamed polyurethane pad (trade name: IC1000) manufactured by Rohm and Haas, the outer diameter is 360 mm, and the platen (pad) rotational speed is 80 rpm. p / m, conditioner rotation speed is 80 r. p. m, the conditioner rocking speed is 3000 mm / min, and while applying a load of 49 N to the
このうち、まずスクラッチの発生数については、表2の結果より、砥粒層3を形成しただけで酸化物被膜9を形成していない比較例1〜4のCMPコンディショナでは、コンディショニング開始後15〜19時間でいずれもスクラッチの発生が認められ、特に111面検出率の低い比較例1、2では、111面検出率の高い比較例3、4に比べて早期にスクラッチが発生していた。これに対して、本発明に係わる実施例1〜4のCMPコンディショナでは、111面検出率や金属結合相の種別に関わらずコンディショニング開始から21時間後でもスクラッチの発生は認められなかった。
Among these, as for the number of occurrences of scratches, first, from the results of Table 2, in the CMP conditioners of Comparative Examples 1 to 4 in which only the
一方、パッド研磨レートについては、コンディショニング当初は、111面検出率が低くて、すなわち111面以外の他の結晶面や結晶面同士の稜線部あるいは頂部が研磨パッドに対向させられている割合の大きい、特に実施例1や比較例2などにおいて、他の実施例や比較例に対してそれぞれ高い研磨レートが得られているが、これらを含めて111面検出率が70%未満の実施例1、2および比較例1、2では、コンディショニング時間の経過に対する研磨レートの低下が著しく、安定した研磨レートの維持という観点からは好ましくないものであった。これに対して、111面検出率が70%以上と高い実施例3、4および比較例3、4のCMPコンディショナでは、コンディショニング当初は上記実施例1や比較例2などと比べては若干研磨レートは低いものの、時間経過に対する研磨レートの低下は小さく抑えられており、すなわち長時間に渡って安定したコンディショニングが行われていることが分かる。 On the other hand, with respect to the pad polishing rate, at the beginning of conditioning, the 111 plane detection rate is low, that is, the crystal plane other than the 111 plane and the ridge line portion or the top portion of the crystal planes are opposed to the polishing pad. In particular, in Example 1 and Comparative Example 2 and the like, a higher polishing rate was obtained for each of the other Examples and Comparative Examples. Including these, Example 1 with a 111-surface detection rate of less than 70%, In Example 2 and Comparative Examples 1 and 2, the polishing rate was remarkably lowered with the passage of the conditioning time, which was not preferable from the viewpoint of maintaining a stable polishing rate. On the other hand, in the CMP conditioners of Examples 3 and 4 and Comparative Examples 3 and 4 having a high 111-surface detection rate of 70% or more, the initial condition is slightly polished compared to Example 1 and Comparative Example 2 above. Although the rate is low, it can be seen that the decrease in the polishing rate over time is kept small, that is, stable conditioning is performed over a long period of time.
従って、スクラッチの発生防止というCMPコンディショナとしての基本的課題を解決することを考慮すると、酸化物被膜9が形成された本発明に係わる実施例1〜4が、比較例1〜4より秀でていると認めることができ、さらにその上でパッド研磨レートの安定性を考慮すると、実施例3、4のCMPコンディショナが優れていると評価することができる。
Therefore, in consideration of solving the basic problem as a CMP conditioner for preventing the occurrence of scratches, Examples 1 to 4 according to the present invention in which the
1 コンディショナ本体
2 コンディショニング面
3 砥粒層
4 リング部
4f リング部4の端面
5 突部
5f 突部5の端面
6 ダイヤモンド砥粒(砥粒)
6a ダイヤモンド砥粒6の突端面
6b ダイヤモンド砥粒6の着座面
7 金属めっき相(金属結合相)
8 ダイヤモンド砥粒6と金属めっき相7との境界部
9 酸化物被膜
10 金属ろう付け相(金属結合相)
20 エアロゾルデポジション装置
30 型
O コンディショナ本体1の軸線
DESCRIPTION OF
6a End face of diamond
8 Boundary between diamond abrasive grains 6 and metal plating phase 7 9
20
Claims (7)
Abrasive grains are fixed to the conditioning surface of a CMP conditioner that is in contact with the polishing pad of the CMP apparatus by a metal binder phase to form an abrasive grain layer, and then the surface of the metal binder phase in the abrasive grain layer is A method of manufacturing a CMP conditioner, comprising forming an oxide film by spraying and colliding an aerosol in which fine particles of a brittle material are dispersed in a gas.
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