JP2008114334A

JP2008114334A - Ｃｍｐコンディショナ及びその製造方法

Info

Publication number: JP2008114334A
Application number: JP2006300099A
Authority: JP
Inventors: Tetsuji Yamashita; 哲二山下
Original assignee: MEZOTEKU DIA KK
Current assignee: MEZOTEKU DIA KK
Priority date: 2006-11-06
Filing date: 2006-11-06
Publication date: 2008-05-22

Abstract

【課題】スラリー中への金属元素の溶出を防止したＣＭＰコンディショナを提供する。
【解決手段】セラミックスや耐食樹脂や圧延材等からなるシート１２に多数のテーパ孔１４を形成してダイヤモンド粒１６を収容する。各ダイヤモンド粒１６の一部分がテーパ孔１４の開口から突出した状態で、シート１２とダイヤモンド粒１６とを接着剤２６で接着して固定した。ダイヤモンド粒１６がシート１２の多数のテーパ孔１４に機械的に位置決めされるので脱落がなく、接着剤も金属を含まないものが使用できる。従って、ＣＭＰ装置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発生するのを防止できる。さらに、高品位のディバイスを形成するための研磨パッドを、長時間安定にコンディショニングできる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ＣＭＰ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コンディショナ及びその製造方法に関する。

ＣＭＰコンディショナは、半導体ウェハの表面仕上げに使用される研磨パッドのコンディショニングに用いられる。半導体回路の品質と生産性向上のために、このＣＭＰコンディショナの耐久性等を改善する様々な技術が開発されている（特許文献１）（特許文献２）。
特開２００１−１１３４５６号公報特開２００６−１９０８９９号公報

既知の従来の技術には、次のような解決すべき課題があった。
半導体の素子構造の多層化と回路の微細化技術の進歩に伴い、ＣＭＰ装置にもさらなる特性改善の要求がある。ＣＭＰコンディショナの研磨パッドに接する面には、多数のダイヤモンド砥粒が固定されている。従来のＣＭＰコンディショナには、ニッケルメッキによる電着ダイヤモンドや、Ni-Cr-Ti系のロー付けダイヤモンドが用いられていた。ところが、このＣＭＰコンディショナを使用すると、相当量のNiが研磨用のスラリー中に溶出することがわかった。スラリー中への金属元素の溶出量は、半導体ウェハの欠陥（スクラッチ）数に比例しているという研究結果も得られている。しかし、ダイヤモンド砥粒を強固に固定する手段を使用しないと、ダイヤモンド砥粒が脱落して半導体ウェハに傷を付けるおそれがある。
上記の課題を解決するために、本発明はダイヤモンド砥粒を強固に固定し、スラリー中への金属元素の溶出を防止したＣＭＰコンディショナ及びその製造方法を提供することを目的とする。

以下の構成は上記の課題を解決するための手段である。
〈構成１〉
セラミックス、耐食樹脂または耐食圧延材のうちのいずれかからなるシートに多数の孔を形成して、これらの孔にダイヤモンド粒を収容し、各ダイヤモンド粒の一部分が上記孔の開口から突出した状態で、上記シートと上記ダイヤモンド粒とを接着剤で接着して固定したことを特徴とするＣＭＰコンディショナ。

シートに設けた多数の孔にダイヤモンド粒を収容して、各ダイヤモンド粒の一部分が孔の開口から突出するようにし、接着剤で固定すると、ダイヤモンド粒の脱落を確実に防止できる。また、ダイヤモンド粒を固定するのに接着剤を使用できるので、スラリーへの不要物の溶出や混入を防止できる。

〈構成２〉
セラミックス、耐食樹脂、耐食圧延材のうちのいずれかからなるシートに多数のテーパ孔を形成して、これらのテーパ孔にダイヤモンドを収容し、上記シートの一面で上記ダイヤモンドの一部分がほぼ一定量だけ上記テーパ孔の開口から突出するように保持された状態で、ダイヤモンドを収容した上記テーパ孔中の空間を満たすように接着剤を充填して、上記シートに上記ダイヤモンドを固定したことを特徴とするＣＭＰコンディショナ。

テーパ孔にダイヤモンドを収容し、テーパ孔中の空間を満たすように接着剤を充填してダイヤモンドを固定したので、テーパ孔からダイヤモンドの一部分がほぼ一定量だけ突出した状態にできる。さらに、ダイヤモンド粒をシートに強固に固定することができる。

〈構成３〉
上記孔は上記シートの一方の面に一方の開口を配置し他方の面に他方の開口を配置したテーパ孔からなり、上記一方の開口は収容したダイヤモンド粒の外径よりも大径で、上記他方の開口は収容したダイヤモンド粒の外径よりも小径に選定されていることを特徴とする構成１に記載のＣＭＰコンディショナ。

テーパ孔の開口径を選定することにより、テーパ孔の一方の開口からダイヤモンド粒を投入して、テーパ孔の他方の面から一個のダイヤモンド粒の一部分を突出させる製造工程を迅速化し簡略化できる。

〈構成４〉
上記一方の開口の径は上記他方の開口の径の１．２倍以上４倍以下に設定されていることを特徴とする構成２に記載のＣＭＰコンディショナ。

このようにテーパ孔を設計すると、ダイヤモンド粒を一個ずつ一方の開口から投入してテーパ孔に収容することができる。

〈構成５〉
上記一方の開口の径は上記他方の開口の径のほぼ２倍に設定されていることを特徴とする構成２に記載のＣＭＰコンディショナ。

サンドブラスト法等を使用できるから、多数の所定の形状のテーパ孔を形成する場合のコストを抑制することができる。

〈構成６〉
上記ダイヤモンド粒を収容した上記テーパ孔中の空間を満たすように、接着剤を充填したことを特徴とする構成２乃至４のいずれかに記載のＣＭＰコンディショナ。

ダイヤモンド粒をテーパ孔中の所定位置に安定に固定することができる。

〈構成７〉
シリコンゴム系、フッ素ゴム系、セラミックス系(含む、ガラス)のいずれかの接着剤で上記ダイヤモンドを上記シートに固着したことを特徴とする構成２乃至５のいずれかに記載のＣＭＰコンディショナ。

これらの接着剤は、スラリー中に金属を溶出させることがない。なお、接着剤はテーパ孔にダイヤモンド粒を固定する機能があればよく、例えば、溶融ガラスのようなセラミックス自体も接着剤に該当する。

〈構成８〉
上記ダイヤモンド粒の突出量を、当該ダイヤモンドの平均径の1/2以上１/10以下に選定したことを特徴とする構成２乃至７のいずれかに記載のＣＭＰコンディショナ。

ダイヤモンド粒の突出量のばらつきを無くせば、シート全面にわたってコンディショニング機能を均一化することができる。

〈構成９〉
セラミックス、耐食樹脂、耐食圧延材のうちのいずれかからなるシートに多数のテーパ孔を形成して、これらのテーパ孔にダイヤモンド粒を収容し、上記シートの一面で各ダイヤモンド粒の一部分がほぼ一定量だけ上記テーパ孔の開口から突出するように保持し、この状態で、ダイヤモンド粒を収容した上記テーパ孔中の空間を満たすように、接着剤を充填して、上記シートに上記ダイヤモンド粒を固定することを特徴とするＣＭＰコンディショナの製造方法。

以下、本発明の実施の形態を説明する。
図１は実施例１のＣＭＰコンディショナの横断面図である。
このＣＭＰコンディショナ１０は、コンディショナディスク用のアダプタ３２にシート１２を接着剤２６等で接着固定したものである。シート１２にはテーパ孔１４が形成され、ここにダイヤモンド粒１６が収容されている。ダイヤモンド粒１６が突出した面が図示しない半導体ウェハの研磨パッドに接触する。その使用方法は特許文献１や特許文献２に記載されたものと変わらない。

図２は、実施例１のＣＭＰコンディショナのシート横断面図である。
このシート１２は、セラミックス、耐食樹脂または圧延材のうちのいずれかからなる。研磨用スラリーの汚染防止のため、研磨用スラリーに対して化学的に安定なこうした素材を使用することが好ましい。シート１２には多数のテーパ孔１４を形成する。テーパ孔１４はシート１２の一方の面１８に一方の開口２０を配置し他方の面２２に他方の開口２４を配置している。一方の開口２０の径Ｄは収容したダイヤモンド粒１６の外径よりも大径に選定されている。ここからダイヤモンド粒１６を投入する。また、他方の開口２４の径ｄは収容したダイヤモンド粒１６の外径よりも小径に選定されている。製造工程中や使用時に、テーパ孔１４の他方の開口２４からダイヤモンド粒１６が脱落し難くするためである。シートの厚みは、使用するダイヤモンド粒の直径以上であって、好ましくは２倍以上、１０倍以下のものが好ましい。シートの強度とコストを考慮して選定するとよい。シートのサイズや形状は用途に応じて自由に選択する。

なお、一個のテーパ孔１４に多数のダイヤモンド粒１６が収容されてしまうと最も下に位置したもの以外は無駄になる。一方の開口２０の径を他方の開口２４の径の１．２倍以上４倍以下に設定することがが好ましい。例えば、一方の開口の径がダイヤモンド粒の外径の２倍を越えないようにすると、一方の開口２０から一度に２個のダイヤモンド粒１６が飛び込み難い。従って、ダイヤモンド粒１６を一個ずつ一方の開口２０から投入してテーパ孔１４に収容する作業が容易になる。なお、こうした微小なテーパ孔１４をシート１２に多数形成するには、レーザ加工機を用いるのがよい。しかし、例えば、サンドブラスト法等を使用できるとより低コストで加工ができる。この場合、実験によれば、一方の開口２０の径を他方の開口２４の径のほぼ２倍に設定すると加工制御がし易いことがわかった。

図３は、テーパ孔とダイヤモンド粒との関係を示す説明図である。
以上のように、テーパ孔１４を形成する装置の特性を考慮し、かつ、ダイヤモンド粒１６を収容し易い断面形状を選定することが好ましい。こうして、テーパ孔１４の一方の開口２０から一個ずつダイヤモンド粒１６を投入して、テーパ孔１４の他方の面２２からダイヤモンド粒１６の一部分を突出させた状態で保持する製造工程を迅速化できる。この後で、接着剤２６を用いてダイヤモンド粒１６をテーパ孔１４に固定する。また、図に示したダイヤモンド粒１６の突出量Ｌをほぼ一定にすれば、シート１２の全面にわたってコンディショニング機能を均一化することができる。なお、ダイヤモンド粒１６の一部分を突出させた状態でダイヤモンド粒１６が脱落しないように、他方の開口２４の径を選定しておくと、使用時にもダイヤモンド粒１６が脱落し難い。即ち、使用時にはダイヤモンド粒１６に様々な力が加わる。図のテーパ孔１４の他方の開口２４を狭くしておけば、ダイヤモンド粒１６や接着剤の破片の脱落を防止できる。従って、スラリーの汚染を最小限にできる。

図４はダイヤモンド粒の突出量を均一化する処理の説明図である。
図のように、シート１２のテーパ孔１４に設けた多数のテーパ孔１４に、それぞれ一個ずつダイヤモンド粒１６を投入する。図に示した他方の開口２４の径がダイヤモンド粒１６の外径よりも小径に選定されていると、各開口２４からダイヤモンド粒１６の一部分が突出した状態になる。しかし、開口２４やダイヤモンド粒１６のサイズにばらつきがあるので、ダイヤモンド粒１６の突出量もばらつく。そこで、図のように、支持台３０を下方に配置し、スペーサ２８を介してシート１２をその上に乗せる。これにより、ダイヤモンド粒１６の突出量は、スペーサ２８の厚みｆに揃えられる。この状態でダイヤモンド粒１６の位置を固定する。なお、厚みｆは、CMP工程の使用用途に応じて選定するとよい。実用上は、使用するダイヤモンドの平均粒径の１/10以上1/２以下に設定することが好ましい。平均粒径の1/２を越えて突出させるとテーパ孔から一部のダイヤモンド粒が脱落する。また、突出量が平均粒径の１/10に満たないような設計をするならば、ダイヤモンドの平均粒径を小さくしたほうが経済的である。

図５は、接着剤によりダイヤモンド粒の位置を固定する工程の説明図である。
図のように、ダイヤモンド粒１６を収容したテーパ孔１４中の空間を満たすように、接着剤２６を充填する。接着剤２６は、例えば、シリコンゴム系接着剤２６、フッ素ゴム系接着剤２６、セラミックス系接着剤２６を使用することが好ましい。これらの接着剤は、研磨用スラリーに対して化学的に安定で、スラリー中に金属を溶出させることがない。なお、接着剤２６はテーパ孔１４にダイヤモンド粒１６を固定する機能があればよく、例えば、溶融ガラスのようなセラミックス自体も接着剤２６に該当する。この処理により、各ダイヤモンド粒１６の一部分がテーパ孔の開口から突出した状態で、シート１２とダイヤモンド粒１６とを接着剤２６で接着して固定することができる。

図６はシートをコンディショナディスクに固定する工程の説明図である。
図５で説明したようにしてダイヤモンド粒１６をシート１２に固定したものを図のように上下反転する。コンディショナディスクのアダプタ３２の上面に接着剤３４を塗布して、シート１２を乗せる。そして、なお、接着剤３４は接着剤２６と同一でもよいが、別のものでもよい。こうして両者を一体化すると、図１に示したＣＭＰコンディショナ１０が完成する。コンディショナディスクは、図示していないが、例えば、厚さが１０ｍｍ、直径が１００ｍｍ程度のステンレスの円盤である。そのコンディショナディスクに、アダプタ３２が密着するように、ＣＭＰコンディショナ１０を固定する。

以上のように、シート１２に設けた多数の孔にダイヤモンド粒１６を収容して、各ダイヤモンド粒１６の一部分が孔の開口から突出するようにし、接着剤２６で固定すると、ダイヤモンド粒１６の脱落を確実に防止できる。また、ダイヤモンド粒１６を固定するのに接着剤２６を使用できるので、スラリーへの不要物の溶出や混入を防止できる。また、構造上、接着剤のスラリーに接触する面積が極めて小さい。従って、接着剤の一部が脱落してスラリーを汚染することも防止できる。

本発明のＣＭＰコンディショナは、ダイヤモンド粒１６をシート１２に確実に固定し、スラリーへの不要物の溶出や混入が無い。また、ダイヤモンドの脱落及び微小破砕のおそれも小さい。従って、ＣＭＰ装置によって研磨される半導体ウェハにスクラッチが発生するのを防止できる。さらに、高品位のディバイスを形成するための研磨パッドを、長時間安定にコンディショニングできる。なお、シート材料として、一般の圧延材はスラリーへの不要物の溶出量が比較的少なく実用上問題が無い。しかし、耐食圧延材または耐食コートを施した圧延材にすれば、より高い効果が得られる。

厚み２００μｍ、縦５ｃｍ、横１０ｃｍのセラミックスシートと耐熱ポリエチレンシートに、それぞれ縦横に４００μｍの間隔で、テーパ孔を開けた。セラミックスシートへの孔開け加工にはサンドブラストを使用した。ポリエチレンシートへの孔開け加工にはレーザビームを使用した。なお、セラミックスシートといしては、例えば、SiC（炭化珪素）,Si₃N₄（窒化珪素）やZi₂O₅（ジルコニア)を使用できる。耐熱ポリエチレンシートの代わりにＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）を使用してもよい。さらに、ステンレス板等の圧延材をシートに使用してもよい。

実施例では、ダイヤモンド粒の平均粒径は１６０μｍで、１１０μｍ〜２１０μｍのものとした。図２に示した一方の開口の径Ｄは７０μｍ〜１３０μｍ、他方の開口の径ｄは１５０μｍ〜２５０μｍとした。以上の結果、ダイヤモンド粒１６がテーパ孔の中に保持された。シート１２に形成した多数のテーパ孔１４にダイヤモンド粒１６を一方の開口から投入して収容し、ダイヤモンド粒１６の一部が他方の開口からに突出した状態にする。次に、平面度のよい、例えば、ガラス板等の支持台３０の上に、上記のダイヤモンド粒１６の適正突出量分だけの厚みのスペーサ２８を配置する。スペーサ２８には、厚さ２０μｍのアルミニウ板を使用した。そして、テーパ孔１４に下記の接着剤を充填して、ダイヤモンド粒１６をシート１２に固定した。その後、厚さ５００μｍのステンレス板からなるアダプタ３２に、シート１２を接着固定する。両者の接着剤にはシリコンゴム或はフッ素ゴムと分散強化材として平均粒径10μmのSiC粒子を３０％混入したものを使用した。

ダイヤモンド粒１６をシート１２に固定するための接着剤には、下記のようなものが使用できる。
（例１）スプレー糊（３M社、スプレー糊77）
（例２）宇宙開発で利用されているGE社の常温硬化接着剤RTV-560
（例３）SiO、Al₂O₃、B₂O₃を主成分にするガラス粉末により800℃で焼成
（比較例１）従来のNi電着品(＃100)

図７はスラリー中に溶出したニッケルと鉄の量を比較するグラフである。
図の縦軸は，スラリー中に溶出したニッケルと鉄の量を、単位μｇで示した。横軸は、サンプルの種別を示す。棒グラフはニッケルの量、折れ線グラフは鉄の量である。上記の接着剤について、市販のセリアスラリー（日立化成社製、HS-8005/HS-8102GP）を用いて実際に研磨作業をし、スラリー中のNiとFeの溶出量を測定した。比較例１のNi電着品はNiの溶出量が多い。一方、有機系のシリコンゴム（GE社製RTV-560）、即ち、シリコンゴム系接着剤はNiの溶出がない。また、フッ素ゴム系接着剤も同様である。ガラス粉末、即ち、ガラス系接着剤の場合もNiの溶出がほとんどない。ダイヤモンド粒１６をシート１２の多数のテーパ孔１４に機械的に位置決めするので、その固定のための接着剤の選択の自由度が大きい。即ち、ダイヤモンド粒のテーパ孔からの脱落を防止すれば足りるから、シリコンゴム系接着剤、フッ素ゴム系接着剤、ガラス系接着剤等を使用することが可能になった。

実施例のＣＭＰコンディショナの横断面図である。実施例のＣＭＰコンディショナのシート横断面図である。テーパ孔とダイヤモンド粒との関係を示す説明図である。ダイヤモンド粒の突出量を均一化する処理の説明図である。接着剤によりダイヤモンド粒の位置を固定する工程の説明図である。シートをコンディショナディスクに固定する工程の説明図である。スラリー中に溶出したニッケルと鉄の量を比較するグラフである。

符号の説明

１０ＣＭＰコンディショナ及びその製造方法
１２シート
１４テーパ孔
１６ダイヤモンド粒
１８一方の面
２０一方の開口
２２他方の面
２４他方の開口
２６接着剤
２８スペーサ
３０支持台
３２アダプタ

Claims

セラミックス、耐食樹脂または耐食圧延材のうちのいずれかからなるシートに多数の孔を形成して、これらの孔にダイヤモンド粒を収容し、各ダイヤモンド粒の一部分が前記孔の開口から突出した状態で、前記シートと前記ダイヤモンド粒とを接着剤で接着して固定したことを特徴とするＣＭＰコンディショナ。
セラミックス、耐食樹脂、耐食圧延材のうちのいずれかからなるシートに多数のテーパ孔を形成して、これらのテーパ孔にダイヤモンドを収容し、前記シートの一面で前記ダイヤモンドの一部分がほぼ一定量だけ前記テーパ孔の開口から突出するように保持された状態で、ダイヤモンドを収容した前記テーパ孔中の空間を満たすように接着剤を充填して、前記シートに前記ダイヤモンドを固定したことを特徴とするＣＭＰコンディショナ。
前記孔は前記シートの一方の面に一方の開口を配置し他方の面に他方の開口を配置したテーパ孔からなり、前記一方の開口は収容したダイヤモンド粒の外径よりも大径で、前記他方の開口は収容したダイヤモンド粒の外径よりも小径に選定されていることを特徴とする請求項１に記載のＣＭＰコンディショナ。
前記一方の開口の径は前記他方の開口の径の１．２倍以上４倍以下に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のＣＭＰコンディショナ。
前記一方の開口の径は前記他方の開口の径のほぼ２倍に設定されていることを特徴とする請求項２に記載のＣＭＰコンディショナ。
前記ダイヤモンド粒を収容した前記テーパ孔中の空間を満たすように、接着剤を充填したことを特徴とする請求項２乃至４のいずれかに記載のＣＭＰコンディショナ。
シリコンゴム系、フッ素ゴム系、セラミックス系(含む、ガラス)のいずれかの接着剤で前記ダイヤモンドを前記シートに固着したことを特徴とする請求項２乃至５のいずれかに記載のＣＭＰコンディショナ。
前記ダイヤモンド粒の突出量を、当該ダイヤモンドの平均径の1/2以上１/10以下に選定したことを特徴とする請求項２乃至７のいずれかに記載のＣＭＰコンディショナ。
セラミックス、耐食樹脂、耐食圧延材のうちのいずれかからなるシートに多数のテーパ孔を形成して、これらのテーパ孔にダイヤモンド粒を収容し、前記シートの一面で各ダイヤモンド粒の一部分がほぼ一定量だけ前記テーパ孔の開口から突出するように保持し、この状態で、ダイヤモンド粒を収容した前記テーパ孔中の空間を満たすように、接着剤を充填して、前記シートに前記ダイヤモンド粒を固定することを特徴とするＣＭＰコンディショナの製造方法。