JP3801551B2

JP3801551B2 - Ｃｍｐパッドコンディショナー

Info

Publication number: JP3801551B2
Application number: JP2002299092A
Authority: JP
Inventors: 和人相馬
Original assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Current assignee: Noritake Co Ltd; Noritake Super Abrasive Co Ltd
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2002-10-11
Publication date: 2006-07-26
Anticipated expiration: 2022-10-11
Also published as: JP2004130475A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）に係り、研磨パッドのコンディショニング効果を向上させるＣＭＰパッドコンディショナーに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来用いられているＣＭＰパッドコンディショナーは、台金に対して砥粒が一層めっきで固定された電着コンディショナーが主流となっている。（例えば、非特許文献１、非特許文献２、非特許文献３参照）
【０００３】
【非特許文献１】
精密工学会誌Ｖｏｌ．６２，Ｎｏ．４，１９９６４９３頁
【非特許文献２】
１９９７年度砥粒加工学会学術講演会講演論文誌７７頁
【非特許文献３】
１９９９年度砥粒加工学会学術講演会講演論文誌３１１頁
【０００４】
この従来のＣＭＰパッドコンディショナーの一例を図５に示す。
図５は、従来のＣＭＰパッドコンディショナーの上面を示す図であり、台金の平坦面に砥粒が固着されて砥粒層５０が形成され、砥粒の先端高さはほぼ同一となっている。
ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命は通常、ウエハの研磨レートの低下、およびウエハの平面度の悪化によって判断される。寿命と判断されたＣＭＰパッドコンディショナーの砥粒を観察すると、砥粒先端が全体的に摩耗しており、この砥粒先端の摩耗によってＣＭＰパッドコンディショナーの切れ味が低下し、ウエハの研磨レートの低下やウエハの平面度の悪化を引き起こしていると考えられる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このような砥粒先端の摩耗は、砥粒層が一層であり、砥粒の先端高さが揃っているため、使用によって一様に砥粒全体の摩耗が進行することによって生じている。
砥粒全体が一様に摩耗することを防止するために、砥粒層を１．５層あるいは２層とすることも考えられるが、このような複層の砥粒層を形成すると、砥粒全体が一様に摩耗することは防止できるものの、上層部の砥粒の保持力が安定せず、使用中に砥粒が脱落する可能性が大きくなる。
また、砥粒層を一層として形成し、粒径が大きい砥粒と粒径が小さい砥粒とを用いて、砥粒の先端高さの差を大きくすることにより、突出しが大きい砥粒が摩耗した後に、突出しが小さい砥粒を作用させることも考えられる。しかし、この方法によると、粒径が大きい砥粒は結合材に保持される量が少なくなるため、使用中に砥粒が脱落する可能性が大きくなる。さらに、砥粒の粒径の分布を広げることは、ＣＭＰパッドコンディショナーの品質を低下させることになり、好ましくない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、砥粒保持力を維持しつつ、切れ味を持続させることが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
以上の課題を解決するために、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーは、ダイヤモンドまたはｃＢＮからなる砥粒を台金に固着してなるＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、前記台金に段差を設けて上段部と下段部とを形成し、この上段部と下段部のいずれにも砥粒を固着して砥粒層を形成して、砥粒の先端高さに差を設けたことを特徴とする。
このような構成とすることにより、ほぼ同径の砥粒を固着して一層の砥粒層を形成しているため、砥粒保持力に優れ、使用中に砥粒が脱落しにくい上に、上段部砥粒層の砥粒の摩耗が進行した後に、下段部砥粒層の砥粒が作用することが可能となり、砥粒が一様に摩耗することを防止することができ、寿命を向上させることができる。
【０００７】
台金の段差の寸法は、砥粒の平均粒径の１０％から３０％であることが好ましい。これにより、砥粒の摩耗を、上段部から下段部へ有効に移行させることができ、ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命を向上させることができる。
台金の段差寸法が砥粒平均粒径の１０％未満であると、上段部に固着された砥粒と下段部に固着された砥粒との突出し量の差が小さいため、段差を設けて砥粒の突出し量に差を設けたことによる効果を得にくくなる。また、台金の段差寸法が砥粒平均粒径の３０％を超えると、段差寸法が大きすぎるため、上段部の砥粒が摩耗した後も、下段部の砥粒が作用できず、それぞれの砥粒に加わる負荷が大きくなって、寿命が短くなる。
上段部に形成された砥粒層の面積は、砥粒層の総面積の１／３から２／３であることが好ましい。これにより、ウエハ研磨レートを向上させることができる。
上段部に形成された砥粒層の面積が、砥粒層の総面積の１／３未満であると、上段部に固着された砥粒数が少ないことによってウエハ研磨レートが低下し、上段部に形成された砥粒層の面積が、砥粒層の総面積の２／３を超えると、下段部に固着された砥粒数が少ないことによってウエハ研磨レートが低下する。
砥粒層の外周部の砥粒数は、内周部の砥粒数より多くすることが好ましい。ＣＭＰパッドコンディショナーは回転して使用されるため、外周部に近いほど周速度が速くなり、砥粒が摩耗しやすくなるが、外周部に近づくほど、砥粒の数を増加させることによって、砥粒の摩耗の程度にあわせて砥粒層を形成することができ、切れ味を安定化することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
図１（ａ）は、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーの一例について、その上面を示したものであり、図１（ｂ）は、台金に砥粒が固着されている様子を示したものである。
図１（ａ）、（ｂ）において、ＣＭＰパッドコンディショナー１０は台金１４上に砥粒が固着されて形成されているが、この台金１４には段差１５が設けられ、上段部１１と下段部１２とが形成されている。この上段部１１と下段部１２のいずれにも砥粒１３が固着されて砥粒層が形成され、その結果、砥粒１３の先端高さに差が設けられている。
【０００９】
この上段部１１と下段部１２とは、図１（ａ）に示すように、ＣＭＰパッドコンディショナー１０の周方向に対して交互に形成されている。また、ＣＭＰパッドコンディショナー１０の外周側１６に近いほど上段部１１の面積を大きくし、内周側１７に近いほど下段部１２の面積を大きくすることが好ましい。
符号１８は、ＣＭＰパッドコンディショナー１０の外周側１６に周期的に設けられたスラリー排出部である。台金１４に段差１５を設けることで、スラリーの排出性を向上させることができ、スラリーが凝集することを防止できる。
【００１０】
台金１４の段差１５の寸法を調整することで、上段部１１と下段部１２での砥粒先端の高さを制御することができる。ＣＭＰパッドコンディショナー１０の寿命向上のためには、台金１４の段差１５の寸法は、砥粒の平均粒径の１０％から３０％であることが好ましい。
また、上段部１１と下段部１２の面積比を調整することで、コンディショニング性を制御することができる。コンディショニング性向上のためには、上段部１１に形成された砥粒層の面積が、砥粒層の総面積の１／３から２／３であることが好ましい。
段差１５の形状については、図１に示す形状のものに限定されず用途に合わせて適宜変更することができる。
その一例を図２に示す。図２（ａ）は、上段部１１と下段部１２とが台金１４の周方向に交互に形成され、上段部１１と下段部１２との境界を直線状とした放射状のものであり、図２（ｂ）は、台金１４の内周側に上段部１１、台金１４の外周側に下段部１２が同心円状に形成された同心円状のものである。また、図２（ｃ）は、上段部１１と下段部１２とが台金の周方向に交互に形成され、上段部１１と下段部１２との境界を曲線状とした風車状のものである。
【００１１】
さらに、内周側１７から外周側１６に近づくほど、砥粒の数を増加させることが好ましい。ＣＭＰパッドコンディショナー１０は回転して使用されるため、外周側１６に近いほど周速度が速くなり、砥粒が摩耗しやすくなるが、外周側１６に近づくほど、砥粒の数を増加させることによって、砥粒の摩耗の程度にあわせて砥粒層を形成することができ、切れ味を安定化することができる。
【００１２】
以下、具体例を示す。
（試験例）
図１に示す形状のＣＭＰパッドコンディショナーを作製した。外径１００ｍｍ、厚さ６ｍｍの台金に対して、平均粒径が１５０μｍのダイヤモンド砥粒を間隔０．２ｍｍでＮｉめっきにより固着した。
このＣＭＰパッドコンディショナーを用いて、加工試験を行った。加工試験の条件は以下の通りである。
使用機械：ノリタケ製超精密片面ポリッシングマシン
パッド：ＩＣ１０００ＳＵＢＡ４００
ウエハ：層間絶縁膜（ＳｉＯ_２）
荷重：５０Ｎ
テーブル回転速度：３０ｍｉｎ^- ^１
ドレッサ回転速度：４０ｍｉｎ^- ^１
加工時間：３０Ｈｒ
試験１では、台金の段差寸法を変化させて、ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命を調査した。台金の段差寸法を表１に示す。
【００１３】
【表１】

ここで、平均粒径比とは、段差寸法を砥粒の平均粒径で割った値を％表示したものである。
【００１４】
試験１の試験結果を図３に示す。図３においては、従来品の寿命を１００として表示している。
図３からわかるように、段差寸法が砥粒平均粒径の５％未満では、段差を設けたことによる効果を得ることはできず、段差寸法が砥粒平均粒径の１０％から３０％の範囲のときに段差を設けたことによる効果が最もよく表れ、寿命が向上している。これは、砥粒の磨耗が、上段部の砥粒から下段部の砥粒へ有効に移行しているためである。
これに対し、段差寸法が砥粒平均粒径の３０％を超えると、段差を設けたことによる効果が得られなくなる。これは、段差寸法が大きすぎるため、上段部の砥粒が磨耗した後も、下段部の砥粒が作用できず、それぞれの砥粒に加わる負荷が大きくなって、寿命が短くなるためである。
以上の結果から、段差寸法が砥粒平均粒径の１０％から３０％の範囲のときに寿命が大幅に向上することが確認された。
【００１５】
試験２では、砥粒層総面積に対する上段部の砥粒層面積（以下、「段差面積比」という）を変化させて、ウエハ研磨レートの変化を調査した。段差寸法は３０μｍ（砥粒の平均粒径の２０％）とし、表２に段差面積比の値を示す。
【００１６】
【表２】

【００１７】
試験２の試験結果を図４に示す。図４においては、従来品のウエハ研磨レートを１００として表示している。
図４からわかるように、段差面積比が１／３から２／３のときにウエハ研磨レートが向上することが確認された。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によると、以下の効果を奏することができる。
（１）ダイヤモンドまたはｃＢＮからなる砥粒を台金に固着してなるＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、台金に段差を設けて上段部と下段部とを形成し、この上段部と下段部のいずれにも砥粒を固着して砥粒層を形成して、砥粒の先端高さに差を設けたことにより、上段部砥粒層の砥粒の摩耗が進行した後に、下段部砥粒層の砥粒が作用することが可能となり、砥粒が一様に摩耗することを防止することができる。
（２）台金の段差の寸法を、砥粒の平均粒径の１０％から３０％とすることにより、砥粒の摩耗を、上段部から下段部へ有効に移行させることができ、ＣＭＰパッドコンディショナーの寿命を向上させることができる。
（３）上段部に形成された砥粒層の面積を、砥粒層の総面積の１／３から２／３とすることにより、ウエハ研磨レートを向上させることができる。
（４）砥粒層の外周部の砥粒数を、内周部の砥粒数より多くすることにより、砥粒の摩耗の程度にあわせて砥粒層を形成することができ、切れ味を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のＣＭＰパッドコンディショナーの構成の一例を示し、図１（ａ）はその上面を示す図であり、図１（ｂ）は台金に砥粒が固着されている様子を示す図である。
【図２】本発明のＣＭＰパッドコンディショナーの他の例の上面を示す図である。
【図３】台金の段差寸法とＣＭＰパッドコンディショナーの寿命との関係を示す図である。
【図４】段差面積比とウエハ研磨レートとの関係を示す図である。
【図５】従来のＣＭＰパッドコンディショナーの上面を示す図である。
【符号の説明】
１０：ＣＭＰパッドコンディショナー
１１：上段部
１２：下段部
１３：砥粒
１４：台金
１５：段差
１６：外周側
１７：内周側
１８：スラリー排出部

Claims

ダイヤモンドまたはｃＢＮからなる砥粒を台金に固着してなるＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、前記台金に段差を設けて上段部と下段部とを形成し、この上段部と下段部のいずれにも砥粒を固着して砥粒層を形成して、砥粒の先端高さに差を設け、上段部と下段部とが台金の周方向に交互に形成されて、上段部と下段部との境界を直線状としたものであるか、台金の内周側に上段部、台金の外周側に下段部が同心円状に形成されたものであるか、または、上段部と下段部とが台金の周方向に交互に形成されて、上段部と下段部との境界を曲線状としたものであるかのいずれかであり、前記台金の段差の寸法は、前記砥粒の平均粒径の１０％から３０％であることを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。
前記上段部に形成された砥粒層の面積が、前記砥粒層の総面積の１／３から２／３であることを特徴とする請求項１記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
前記砥粒層の外周部の砥粒数を、内周部の砥粒数より多くしたことを特徴とする請求項１または２記載のＣＭＰパッドコンディショナー。