JP2010253631A - Ｃｍｐコンディショナおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価に製造可能であり且つ信頼性の高いＣＭＰコンディショナ、およびそのコンディショナの製造方法を提供する。
【解決手段】樹脂製のＣＭＰコンディショナボデー上に金属めっき層から成るダイヤモンド砥粒が配置固着された電解めっき基板を接着し、金属めっき層の外周端部には前記ボデーの側面部に沿った所定の高さの環状のリブ部が設けられている。コンディショナボデーと砥粒層とはそれぞれ別々に製作された後、一体に張り合わされる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体ウエハ等の研磨を行うＣＭＰ（化学機械研磨）装置の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ＣＭＰコンディショナおよびその製造方法に関する。

従来技術によるＣＭＰコンディショナには、台金にダイヤモンド砥粒がめっき層によって固着され、めっき層および台金の表面に電着塗装法によりポリイミド樹脂層を形成し、前記ダイヤモンド砥粒の径は＃６０／７０〜＃３２５／４００、前記めっき層の厚みが前記ダイヤモンド砥粒径の５０％以上７０％未満、前記樹脂層の厚みが５〜３０μｍとされたものが知られている（特許文献１参照）。

また、他の従来技術によるＣＭＰコンディショナとしては、ＣＭＰ装置の研磨パッドと対向して接触するコンディショナ本体のコンディショニング面に、砥粒が分散され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、コンディショナ本体がセラミックス製であるとともに、砥粒層において砥粒を保持して固着する結合層が低温焼結セラミックスにより形成されたものが知られている（特許文献２参照）。

特開２００２−２３９９０５号公報 特開２００８−１３２５７３号公報

ＣＭＰコンディショナが使用される半導体はその極細線化が進みその表面研磨加工も一層の精密化が望まれているため、半導体研磨用のパッド表面のコンディショニングもさらに細かく制御される必要がある。このことから、軽荷重でのコンディショニングを望まれている。しかしながら、前述のＣＭＰコンディショナにあっては、ボデーに、耐食性を考慮してステンレスが主として使用されていたため、コンディショナの自重がプラスされ、軽荷重でのコンディショニングが困難であった。

一方で、軽荷重でのコンディショニングを達成するために、ボデーの樹脂化が検討されていた。樹脂ボデーの場合、ＣＭＰコンディショナの軽量化は可能であるが、ダイヤモンド砥粒を樹脂ボデーに直接固着した場合、コンディショニングにより樹脂が削られてコンディショニング性能に悪影響を与える。そこで、ダイヤモンド砥粒を固着した金属板により樹脂ボデーを覆う必要がある。しかしながら、電解めっき層により直接樹脂に固着することは可能であるが、密着力が不足してダイヤモンド砥粒の脱落等の問題が発生するために、焼結ボンド等を使用してダイヤモンド砥粒を固着しているが、電解めっき層による固着と比較すると、コスト面で不利である。且つ、熱衝撃によりダイヤモンド砥粒内部に微小クラック等が発生する可能性があるため、ダイヤモンド砥粒が破砕する危険性が残る。

上記の課題を解決するために、本発明による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ダイヤモンド砥粒が固着されたＣＭＰコンディショナであって、前記ダイヤモンド砥粒は金属めっき層によって前記ＣＭＰコンディショナボデー上に固着され、該ＣＭＰコンディショナボデーは樹脂で形成されていることを特徴とする。また、前記ダイヤモンド砥粒を含んだ金属めっき層と前記ボデーとはそれぞれ別部品として形成された後、一体に接合されることを特徴とする。この特徴により、ＣＭＰコンディショナを軽量化することが可能となり、且つ熱衝撃等による内部クラックの発生を抑えつつ、ダイヤモンド砥粒をボデーに均一に固着することが可能となる。

本発明によるＣＭＰコンディショナは、前記金属めっき層の外周端部には、前記ボデーの側面部に沿って全周にわたって前記金属めっき層の厚さ方向に湾曲した湾曲部が設けられていることを特徴とする。この特徴により、金属めっき層の剛性が高くなり、コンディショニング面の平坦度が確保される。また、ダイヤモンド砥粒がコンディショニング面に均一に固着されるため、外周部から接着面へのスラリーの染み込みを防止し、接着強度の確保に貢献する。

前記ＣＭＰコンディショナボデーはポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイトのようなエンジニアリング樹脂から成ることを特徴とする。この特徴により、用途に応じて耐熱性、耐食性の高いボデーの材料を選択することが可能となる。

本発明による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コンディショニング面にダイヤモンド砥粒が固着されたＣＭＰコンディショナを製造するための方法であって、ＣＭＰコンディショナボデー上のコンディショニング面にベースめっき層を形成するステップと、該ベースめっき層の上にＮｉストライクめっき層を形成するステップと、該Ｎｉストライクめっき層上にダイヤモンド砥粒を配列するステップと、前記Ｎｉストライクめっき層の上に埋め込みめっき層をさらに成長させて前記ダイヤモンド砥粒を固着するステップと、前記コンディショニング面全体をコーティング層でコーティングするステップと、を含んでいることを特徴とする。この特徴により、コンディショニング面にダイヤモンド砥粒が均一に固着されたＣＭＰコンディショナを製造することが可能となる。

また、本発明による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コンディショニング面にダイヤモンド砥粒が固着されたＣＭＰコンディショナを製造するための方法であって、金属めっき層成長用基板上にベースめっき層を形成するステップと、該ベースめっき層の上にＮｉストライクめっき層を形成するステップと、該Ｎｉストライクめっき層上にダイヤモンド砥粒を配列するステップと、前記Ｎｉストライクめっき層の上に埋め込みめっき層を成長させて前記ダイヤモンド砥粒を固着するステップと、前記コンディショニング面全体をコーティング層でコーティングするステップと、前記ダイヤモンド砥粒を含んだ金属めっき層を前記成長用基板から剥離して、樹脂製のＣＭＰコンディショナボデーの前記コンディショニング面に貼り付けるステップと、を含んでいることを特徴とする。この特徴により、軽量化され且つ樹脂ボデーとダイヤモンド砥粒を含んだ金属めっき層とを容易に一体化することが可能となる。

本発明によるＣＭＰコンディショナの製造方法は、前記ベースめっき層を形成した後に、該ベースめっき層上に所定のパターンに穿孔されたマスクを貼り付け、前記マスクの孔パターン内に前記マスクの孔パターン内にダイヤモンド砥粒を配列するステップと、前記ダイヤモンド砥粒を下地めっき層により仮固着し、その後前記マスクを剥離して、埋め込みめっき層を成長させて前記ダイヤモンド砥粒を本固着するステップと、をさらに含んでいることを特徴とする。この特徴により、ダイヤモンド砥粒の配列パターン任意に制御することが可能となる。

本発明によるＣＭＰコンディショナの製造方法はさらに、前記ダイヤモンド砥粒を仮固着するステップと本固着するステップとは、それぞれ複数回に分けて行われ、前記ダイヤモンド砥粒を含んだ金属めっき層の外周端部に、前記金属めっき層の厚さ方向に湾曲した湾曲部を、前記金属めっき層と一体で成長させるステップをさらに含んでいることを特徴とする。この特徴により、コンディショニング面の平坦度が確保され、且つダイヤモンド砥粒がコンディショニング面に均一に固着されたた金属めっき層を製造することが可能になる。

本発明により、軽量化され且つダイヤモンド砥粒がボデーに安定して均一に固着されたＣＭＰコンディショナ、およびそのようなコンディショナの製造方法を提供することが可能となる。

本発明の実施形態によるＣＭＰコンディショナの側面からの断面を示した図である。 本発明の実施形態によるＣＭＰコンディショナの砥粒層の拡大図である。 本発明による実施形態によるＣＭＰコンディショナを製造するための各ステップを示した断面図である。 本発明による実施形態によるＣＭＰコンディショナを製造するための各ステップを示したダイヤモンド砥粒固着部の拡大断面図である。

以下、本発明の実施の形態について詳細に説明する。図１は本発明の実施形態によるＣＭＰコンディショナ１の概略を示した図である。ＣＭＰコンディショナ１は、ＰＰＥ、ＰＰＳ等のガラス転移温度２１１℃、吸水率０．０５０％のポリフェニレン系樹脂材料よりなる軸線Ｏを中心とした略円板状のボデー２と、金属めっき層６と、ダイヤモンド砥粒８とからなる。金属めっき層６はさらにベースめっき層１８と、Ｎｉストライクめっき層２０と、下地めっき層１０と、埋め込みめっき層１２とから成る。埋め込みめっき層１２の上に、コーティング層（図示略）がさらに形成されてもよい。

ボデー２の、研磨パッド（図示略）側に配置される面の外周の角部は、全集にわたってＲ形状に面取りされている。金属めっき層６はボデー２の研磨パッド側に配置される面上に設けられており、金属めっき層６の外周端部において、上記ボデー２の外周の角部のＲ形状に沿って金属めっき層６の厚さ方向に湾曲された湾曲部１４が形成されている。

本実施形態使用されるダイヤモンド砥粒８は、平均粒径が概ね揃っている。ダイヤモンド砥粒８は金属めっき層６の研磨パッド側に配置される面上に配列されて、コンディショニング面４を形成している。この砥粒の配列は格子状など所定の規則に従って配列されていてもよい。

図２に示すように、複数（多数）のダイヤモンド砥粒８はＮｉストライクめっき層２０上に配列され、その上から下地めっき層１０および埋め込みめっき層１２が形成されて埋め込まれることによって、コンディショニング面４に単層に固着されている。これにより、ダイヤモンド砥粒８は埋め込みめっき層１２の表面から所定の量だけ突出する。金属めっき層１２の上に、耐食性の改善等の目的で、金属めっき層６の上にさらに貴金属めっき等のコーティング層が形成されてもよい。

このようなＣＭＰコンディショナ１は、このコンディショニング面４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、ボデー２自体もパッド表面の内外周に揺動させられたりして、上記研磨パッドのコンディショニングに用いられる。

次に、本発明の実施形態によるＣＭＰコンディショナの製造方法について説明する。図３（ａ）〜３（ｆ）およびは４（ａ）〜４（ｅ）、本発明によるＣＭＰコンディショナ１の製造方法の一実施形態を示すものである。本実施形態による製造方法においては、金属めっき層６とボデー２とはそれぞれ別部品として製造される。

ステンレス等で形成された金属めっき層成長基板１６上に、噴流めっきにより８０μｍの厚さでベースめっき層１８を形成し、その上に０．５μｍの厚さでＮｉストライクめっき層２０を形成する。（図３（ａ）参照）本実施形態においては、いずれのめっき層もＮｉめっき層とされている。また、金属めっき層成長基板１６の形状は、ボデー２の形状と同一形状とされているため、湾曲部１４も金属めっき層６と一体的に形成される。

次に、所定のパターンで穿孔されたシールマスク２２をＮｉストライクめっき層２０上に貼り付け（図３（ｂ）、図４（ａ）参照）、めっき浴槽中でダイヤモンド砥粒８をシールマスク２２の孔中に沈降させて配置する（図４（ｂ）参照）。本実施形態においては、粒径＃１００のダイヤモンド砥粒を使用しており、この場合シールマスク２２の厚さは８０μｍ、孔径はφ２５０μｍである。

その後、下地めっき層１０によりダイヤモンド砥粒８を仮固着する（図３（ｃ）、図４（ｃ）参照）。本実施形態においては、下地めっき層１０による仮固着は、最初に１５μｍ埋め込む第１のステップと、めっき槽を替えてさらに３５μｍ埋め込む第２のステップと、の２ステップで行われる。第１のステップと第２のステップとの間にシールマスク２２の孔中に沈降しなかったダイヤモンド砥粒、および１つの孔中に２個以上のダイヤモンド砥粒が沈降したために固着が不完全となったダイヤモンド砥粒が除去される。下地めっき層１０による仮固着ステップが１ステップで行われ、仮固着後に固着が不完全なダイヤモンド砥粒が除去されてもよい。

ダイヤモンド砥粒８の仮固着完了後に、シールマスク２２を剥離し（図４（ｄ）参照）、噴流めっきによって埋め込みめっき層１２を形成してダイヤモンド砥粒８を埋め込んで本固着する（図３（ｄ）、図４（ｅ）参照）。本実施形態においては、本固着のステップも２ステップに分けて行われ、埋め込みめっき層１２の厚さは最終的に６０μｍとされる。２ステップに分けて本固着を行うことにより、埋め込みめっき層１２の厚さを正確に制御することが可能となる。本固着のステップは、１ステップで行われてもよい。耐食性の改善等の目的で、埋め込みめっき層１２の上に厚さ１６μｍのコーティング層をさらに形成する。

刃先の鋭い刃物等を使用して、金属めっき層成長基板１６上に形成された、ダイヤモンド砥粒８を含んだ金属めっき層６を金属めっき層成長基板１６から剥離する（図３（ｅ）参照）。剥離された金属めっき層６は環状の湾曲部１４があることで機械的強度が増加しており、これによって金属めっき層６は残留応力等により変形することなく平坦度が確保されている。

最後に、別工程で製作された樹脂製のボデー２に、金属めっき層６を貼り付ける（図３（ｆ）参照）。ボデー２は機械加工により形成されてもよく、また、インジェクション成型により形成されてもよい。本実施形態においては、ボデー２への金属めっき層６の貼り付けは、例えば、２液混合タイプの接着剤を使用して行う。接着剤の代わりに両面テープを使用してもよく、または、インサート成型によりボデー２の成型と金属めっき層６の貼り付けとを同時に行ってもよい。

湾曲部１４が設けられていることにより、金属めっき層６をボデー２に装着する際に位置合わせが不要となる。また、湾曲部１４がボデー２の側面までカバーしていることにより、金属めっき層６とボデー２との境界がスラリーと触れることがなく、金属めっき層６とボデー２との境界にスラリーが入り込まないため、金属めっき層６の剥離が防止される。

ボデー２を樹脂製とすることにより軽量化が実現されると共に、ステンレス製のボデーと比較して製作が容易となり、これによりＣＭＰコンディショナのコストダウンにも繋がる。ここで、ポリカーボネート係のように耐熱性の悪い樹脂を使用した場合には、研磨されたウエハの平坦性が十分でなく、ガラス転移温度２１１℃、吸水率０．０５０％のＰＰＯ、ＰＰＳ樹脂を使用した場合には良好な平坦性が得られる。

金属めっき層６によってダイヤモンド砥粒を固着することにより、ダイヤモンド砥粒を均一にボデーに固着することが可能となる。さらに、用途に応じて耐熱性、耐食性の高いボデーの材料を選択することが可能となる。

本願に記載された製造方法により、樹脂製のボデーを備え且つコンディショニング面にダイヤモンド砥粒が均一に固着されたＣＭＰコンディショナを容易に制作することが可能となる。また、コンディショニング面上のダイヤモンド砥粒の配列を任意のパターンとすることが可能である。

本実施形態においては、樹脂製のボデー２とダイヤモンド砥粒８を含んだ金属めっき層６とはそれぞれ別に製作されているが、ボデー２の研磨パッド側に配置される面上に直接的にダイヤモンド砥粒８を含んだ金属めっき層６を形成してもよい。

１ ・・・ＣＭＰコンディショナ
２ ・・・ボデー
４ ・・・コンディショニング面
６ ・・・金属めっき層
８ ・・・ダイヤモンド砥粒
１０ ・・・下地めっき層
１２ ・・・埋め込みめっき層
１４ ・・・湾曲部
１６ ・・・金属めっき層成長基板
１８ ・・・ベースめっき層
２０ ・・・Ｎｉストライクめっき層
２２ ・・・シールマスク

Claims (9)

1. 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ダイヤモンド砥粒が固着されたＣＭＰコンディショナであって、
   前記ダイヤモンド砥粒は金属めっき層によってＣＭＰコンディショナボデー上に固着され、該ＣＭＰコンディショナボデーは樹脂で形成されていることを特徴とするＣＭＰコンディショナ。
2. 前記ダイヤモンド砥粒を含んだ金属めっき層と前記ボデーとはそれぞれ別部品として形成された後、一体に接合され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。
3. 前記金属めっき層の外周端部には、前記ボデーの側面部に沿って全周にわたって前記金属めっき層の厚さ方向に湾曲した湾曲部が設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のＣＭＰコンディショナ。
4. 前記ＣＭＰコンディショナボデーはポリフェニレンエーテル、ポリフェニレンサルファイトのようなエンジニアリング樹脂から成ることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載のＣＭＰコンディショナ。
5. 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ダイヤモンド砥粒が固着されたＣＭＰコンディショナを製造するための方法であって、
   ＣＭＰコンディショナボデー上のコンディショニング面にベースめっき層を形成するステップと、
   該ベースめっき層の上にＮｉストライクめっき層を形成するステップと、
   該Ｎｉストライクめっき層上にダイヤモンド砥粒を配列するステップと、
   前記Ｎｉストライクめっき層の上に埋め込みめっき層をさらに成長させて前記ダイヤモンド砥粒を固着するステップと、
   前記コンディショニング面全体をコーティング層でコーティングするステップと、
   を含んでいることを特徴とする製造方法。
6. 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ダイヤモンド砥粒が固着されたＣＭＰコンディショナを製造するための方法であって、
   金属めっき層成長用基板上にベースめっき層を形成するステップと、
   該ベースめっき層の上にＮｉストライクめっき層を形成するステップと、
   該Ｎｉストライクめっき層上にダイヤモンド砥粒を配列するステップと、
   前記Ｎｉストライクめっき層の上に埋め込みめっき層を成長させて前記ダイヤモンド砥粒を固着するステップと、
   前記コンディショニング面全体をコーティング層でコーティングするステップと、
   前記ダイヤモンド砥粒を含んだ金属めっき層を前記成長用基板から剥離して、樹脂製のＣＭＰコンディショナボデーの前記コンディショニング面に貼り付けるステップと、
   を含んでいることを特徴とする製造方法。
7. 前記ベースめっき層を形成した後に、該ベースめっき層上に所定のパターンに穿孔されたマスクを貼り付け、前記マスクの孔パターン内に前記マスクの孔パターン内にダイヤモンド砥粒を配列するステップと、
   前記ダイヤモンド砥粒を下地めっき層により仮固着し、その後前記マスクを剥離して、埋め込みめっき層を成長させて前記ダイヤモンド砥粒を本固着するステップと、
   をさらに含んでいることを特徴とする請求項５または６に記載の製造方法。
8. 前記前記ダイヤモンド砥粒を仮固着するステップと本固着するステップとは、それぞれ複数回に分けて行われることを特徴とする請求項７に記載の製造方法。
9. 前記ダイヤモンド砥粒を含んだ金属めっき層の外周端部に、前記金属めっき層の厚さ方向に湾曲した湾曲部を、前記金属めっき層と一体で成長させるステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項６から８のいずれか一項に記載の製造方法。

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