JP3802884B2 - Cmpコンディショナ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、半導体ウエハ等の被研摩材の表面をCMP装置(ケミカルメカニカルポリッシングマシン)によって研摩する際に用いられる研摩用のパッド等の研磨材をコンディショニングするための砥石からなるCMPコンディショナに関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、CMP装置では、円盤状の定盤に研磨パッドを貼り付け、研磨パッドの上面に半導体ウエハが載置される。このCMP装置は、半導体ウエハが研磨パッド上でキャリアによって回転されつつ、研磨パッドと半導体ウエハの間に研磨粒子を含む研磨液が供給されて、半導体ウエハの表面を化学的および機械的に研磨するCMP(Chemical and Mechanical Polishing)が行われる(例えば、特許文献1参照)。
一般に、研磨パッドは、不織布の基材の上に硬質発泡ポリウレタンを設けてなるポリッシング用のパッドが使用されている。
研磨粒子は、フェライト粉末、アルミナ粉末、炭酸バリウム、コロイダルシリカ等が用いられている。研磨液は、水酸化カリウム溶液、過酸化水素水、硝酸鉄水溶液、希塩酸または希硝酸の酸性液等が使用されている。
【0003】
このような半導体ウエハの研磨が繰り返し行われると、被研磨材の切り屑や研磨粒子等が研磨パッドの微細な孔に入り込んで目詰まりを起こしたり、研磨粒子と半導体ウエハの化学反応熱によって研磨パッドの研磨面が鏡面化して、研磨精度と研磨効率が低下してしまう。
このために、CMP装置には、パッドコンディショナが設けられ、研磨パッドの表面のコンディショニングを定期的に行っている。研磨パッドのコンディショニングには、良好な切れ味と長寿命を有するCMPコンディショナが要求されている。
【0004】
このようなCMPコンディショナとしては、特許文献1に記載したものがある。次に、この特許文献1に記載されたCMPコンディショナを図11および図12を参照して説明する。
図11は、従来のCMPコンディショナを示す図で、同一粒度(平均粒子径)の2種の超砥粒からなるCMPコンディショナを示す要部拡大断面図である。
図11に示すように、このCMPコンディショナ100は、金属台金120の上に、メッキ皮膜130による固着される粒度が♯100の通常の人造メタルボンド用ダイヤモンド砥粒140のほかに、さらに、同じ粒度の♯100の四面体又は八面体ダイヤモンド砥粒110を合計量として3重量%以上含有するものから構成されている。
【0005】
図12は、従来のCMPコンディショナを示す図で、粒度(平均粒子径)の異なる2種の超砥粒からなるCMPコンディショナを示す要部拡大断面図である。
図12に示すように、このCMPコンディショナ200は、金属台金220の上に、メッキ皮膜230による固着される粒度が♯100の通常の人造メタルボンド用ダイヤモンド砥粒からなる超砥粒240のほかに、さらに、粒度が♯80の四面体又は八面体ダイヤモンド砥粒210を合計量として3重量%以上含有するものから構成されている。
【0006】
ここで、超砥粒140,240は、コーナが鋭角にて構成されている所謂アンギュラーな形状のダイヤモンド砥粒からなる。四面体又は八面体の形状を有する超砥粒110,210は、コーナが鈍角で構成された所謂ブロッキーな形状のダイヤモンド砥粒からなるとともに、通常の超砥粒140,240の粒径と同等、または通常の超砥粒140,240の粒径よりも大きくなっている。
【0007】
【特許文献1】
特開2002−127011号公報(第2〜4頁、図1)
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献1のCMPコンディショナ100,200おいて、ブロッキーな形状の超砥粒110,210は、コーナが鈍角に形成されているため、コーナが鋭角なアンギュラーな形状の超砥粒140,240と比較して、切れ味が劣る。
図12に示すCMPコンディショナ200は、この切れ味の悪いブロッキーな形状の超砥粒210が、アンギュラーな形状の超砥粒240の粒径より大きくなっていることにより、研磨時に、ブロッキーな形状の超砥粒210で研磨物を研磨することになるため、CMPコンディショナ全体の切れ味が悪いという問題点がある。
【0009】
図11に示すCMPコンディショナ100は、この切れ味の悪いブロッキーな形状の超砥粒110と、アンギュラーな形状の超砥粒140とが無作為に配置され、あるいは研磨布用ドレッサの略同心円上に比較的等間隔で配置されているものの、研磨布用ドレッサの作用面全体では、縦横の寸法がバラバラなアンギュラーな形状の超砥粒140が多いため、超砥粒110,140の砥粒間の間隔は等間隔ではなく不均一である。このため、安定した研磨性能を発揮し、均一な研磨面を得ることは不可能である。また、任意に研磨速度を調整したとしても、均一な研磨面を得ることは不可能である。例えば、砥粒間隔の小さいところでは、研磨によって発生した切り屑や研磨粒子が排出されずに砥粒間に付着して、目詰まりが発生し、CMPコンディショナ100の研磨性能が低下して研磨面が半鏡面化し、研磨速度が低下するという問題点がある。
【0010】
また、従来のCMPコンディショナでは、切り屑や研磨粒子の排出力が悪いため、半導体ウエハ(図示せず)の表面に傷が発生し、収率の減少となる。CMPコンディショナの目詰まりは、その目詰まり箇所に集中応力がかかる原因になり、超砥粒110,140が保持されていたメッキ皮膜130から脱落して、半導体ウエハ(図示せず)の表面にスクラッチが発生し、致命的な損傷となる。
【0011】
本発明の課題は、長寿命で切れ味の良く、超砥粒の砥粒間隔が整えられたCMPコンディショナを提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、請求項1に記載のCMPコンディショナは、台金の表面に超砥粒を固着したCMPコンディショナであって、前記超砥粒は、研磨作用をもたらす第1超砥粒と、この第1超砥粒よりも平均粒子径が小さく、ブロッキーな超砥粒からなる第2超砥粒とを有し、前記第1超砥粒は、ブロッキーな超砥粒と、アンギュラーな超砥粒とを含有し、前記アンギュラーな超砥粒が前記CMPコンディショナの超砥粒に対して3質量%以上であることを特徴とする。
【0013】
請求項1に記載の発明によれば、CMPコンディショナは、EEC値(偏心度)が高くコーナが鋭角に形成されているアンギュラーな超砥粒の所定量を含有することにより、切れ味がよくなり、研磨作業時間を短縮することができる。
また、CMPコンディショナは、EEC値(偏心度)が低く整合性があって耐衝撃性を備えたブロッキーな超砥粒を含有したことにより、ブロッキーな超砥粒がアンギュラーな超砥粒に被研磨物のプレッシャがかかることを阻止してアンギュラーな超砥粒の切刃が破壊されることを防止するため、寿命が長くなる。
さらに、CMPコンディショナは、第1超砥粒よりも平均粒子径が小さい第2超砥粒を含有することにより、第2超砥粒によって第1超砥粒を所望間隔に保持することが可能となる。
そして、CMPコンディショナは、ブロッキー及びアンギュラーな超砥粒からなる第1超砥粒と、この第1超砥粒よりも平均粒子径が小さい第2超砥粒とを有したことにより、CMPコンディショナの研磨面の超砥粒をバランス良く整えることができると共に、第2超砥粒が第1超砥粒の脱落を防止してCMPコンディショナの寿命を長くすることができる。
【0015】
さらに、CMPコンディショナは、第1超砥粒よりも平均粒子径が小さい第2超砥粒がブロッキーな超砥粒からなることにより、第2超砥粒が高い整合性のとれた形状からなるため、平均粒子径が大きい各第1超砥粒の間隔を整え、安定した状態に配置させることができる。
【0016】
【発明の実施の形態】
図1〜図8を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
なお、実施形態および各実施例の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【0017】
まず、CMPコンディショナについて説明する。
図1は、本発明の実施の形態に係るCMPコンディショナを示す要部拡大断面図である。図2は、本発明の実施の形態に係るCMPコンディショナを示す要部拡大平面部である。
【0018】
図1および図2に示すように、CMPコンディショナ1は、台金2の表面2aに超砥粒3を固着したものである。台金2は、ステンレス鋼等の金属からなる基板であって、例えば、円板形状、リング形状等をしている。なお、この台金2の形状は、特に限定しない。
【0019】
超砥粒3は、研磨作用をもたらす第1超砥粒4と、この第1超砥粒4よりも平均粒子径(以下、単に「粒度」という)が小さい第2超砥粒5とを有している。超砥粒3は、例えば、人造ダイヤモンドからなる砥粒であり、台金2の表面2aに電着したメッキ層9等によって固着される。この超砥粒3を台金2に固着する方法は、例えば、ろう付けやメタルボンド等であってもよく、特に限定しない。
【0020】
第1超砥粒4は、被研磨材(図示せず)に当接して研磨する砥粒で、例えば、粒度が♯100のダイヤモンド砥粒からなり、CMPコンディショナ1の超砥粒3に対して37質量%含有していることが好ましい。そして、残りがブロッキーな第2超砥粒5となる。第1超砥粒4は、CMPコンディショナ1の超砥粒3に対して3〜12.5%のアンギュラーな超砥粒7を含有してなることが好ましい。
なお、CMPコンディショナ1の超砥粒3に対して3〜12.5質量%は、特許請求の範囲における「アンギュラーな超砥粒がCMPコンディショナの超砥粒に対して3質量%以上」である含有割合に相当する。
【0021】
ブロッキーな超砥粒6は、立方八面体構造のダイヤモンド砥粒からなり、砥粒の形状が揃っており、コーナが鈍角に形成されている。このブロッキーな超砥粒6は、結晶内不純物と格子ひずみとECC値(偏心度)とが低く、高い耐熱強度と耐衝撃強さと耐せん断力とを備えた砥粒である。このブロッキーな超砥粒6は、例えば、ゼネラルエレクトリック社製の超砥粒MBG(登録商標。以下省略)−620TおよびMBG−640Tが相当する。
【0022】
アンギュラーな超砥粒7は、コーナが鋭角な形状のダイヤモンド砥粒からなる。このアンギュラーな超砥粒7は、ブロッキーな超砥粒6と比較して、ECC値(偏心度)が高く砥粒の形状が揃っていないがコーナが鋭利な切刃面と高い破砕性を備えた砥粒である。このアンギュラーな超砥粒7は、ゼネラルエレクトリック社製の超砥粒MBG−600Tが相当する。
【0023】
第2超砥粒5は、第1超砥粒4,4,…間に配置される小さい砥粒で、例えば、粒度が♯140のダイヤモンド砥粒からなる。第2超砥粒5は、CMPコンディショナ1の超砥粒3に対して、例えば、63質量%のブロッキーな超砥粒8を含有していることが好ましい。ブロッキーな超砥粒8は、前記ブロッキーな超砥粒6より小さい立方八面体構造のダイヤモンド砥粒からなり、コーナが鈍角に形成されている。このブロッキーな超砥粒8は、前記のように、ECC値(偏心度)が低いため、高い整合性を備えた砥粒である。
【0024】
このように、本発明に係るCMPコンディショナ1は、研磨作用をもたらすアンギュラーな超砥粒7と、アンギュラーな超砥粒7と粒度が略同じなブロッキーな超砥粒6と、アンギュラーな超砥粒7よりも粒度が小さいブロッキーな超砥粒8とを混合してなる超砥粒を有する。
【0025】
これにより、研磨物を研磨すると、台金2から一番突出している切れ味のよいアンギュラーな超砥粒7によって、被研磨物を切れ味良く研磨することができる。ブロッキーな超砥粒6は、アンギュラーな超砥粒7と平均径が同じ大きさであるため、CMPコンディショナ1に被研磨物の大きな研磨荷重がかかると、耐衝撃性を備えたこのブロッキーな超砥粒6がその研磨荷重を受け止めるため、アンギュラーな超砥粒7に大きな研磨荷重が加わることを防止することができる。CMPコンディショナ1は、3〜12.5質量%含有したアンギュラーな超砥粒7と比較して、ブロッキーな超砥粒6を多く含有していることにより、ブロッキーな超砥粒6によってアンギュラーな超砥粒7が摩耗することを防止することができる。このため、CMPコンディショナ1のパットドレッシングレート(研摩割合:研摩量)を長期間安定させることができる。
【0026】
さらに、粒度が大きいアンギュラーな超砥粒7とブロッキーな超砥粒6との間には、粒度が小さいブロッキーな超砥粒8があり、そのブロッキーな超砥粒8がアンギュラーな超砥粒7とブロッキーな超砥粒6との間隔を良好に保って、CMPコンディショナ1の研磨面を整えることができる。
このため、このCMPコンディショナ1によってCMPコンディショニングが行われる研磨パッドは、粒度が小さい第2超砥粒5がブロッキーな超砥粒8からなることにより、この超砥粒8が研磨パットの荒れた表面を僅かしか研磨せず、粒度が大きい超砥粒6,7(第1超砥粒4)によって研磨が行われた後の研磨パッドの表面を調整することができる。
図1に示すように、超砥粒8は、CMPコンディショナ1の超砥粒3に対して、41〜85質量%の割合で含有していることにより、アンギュラーな超砥粒7と、ブロッキーな超砥粒6の砥粒間隔が広がるため、研磨によって発生した切り屑や研磨粒子を排出し易くして、砥粒間に付着して目詰まりが発生することを削減することができる。これにより、超砥粒8は、CMPコンディショナ1の研磨性能が低下して研磨面が半鏡面化し、研磨速度が低下することを防止することができる。
【0027】
また、CMPコンディショナ1は、研磨に作用する粒度が大きいアンギュラーな超砥粒7とブロッキーな超砥粒6との粒数をコントロールすることで、切れ味の調整が可能となる。
【0028】
次に、図3〜図8を参照して、本発明の製造方法を説明する。
図3は、本発明に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金にメッキ層を形成したときの状態を示す概略図である。
【0029】
まず、ステンレス鋼(例えば、オーステナイト系ステンレス鋼SUS304)等を機械加工することにより、略円板(盤)形状の台金2(図3参照)を作製する。
次に、台金2に超砥粒(ダイヤモンド砥粒)を電着する砥粒電着面2bを残して、台金2の表面2aを絶縁テ−プ(図示せず)およびマスキング塗料(図示せず)によってマスキング処理を行う。
【0030】
そして、台金2を中性洗剤にてブラッシング洗浄し、アルカリ電解脱脂処理を行う。
次に、その台金2を塩化ニッケル220g/Lおよび塩酸100g/Lを含有する前処理剤に浸漬し、電流密度3A/dm2、40°Cにて陽極(+)側にニッケル板10をセットすると共に、陰極(−)側に台金2をセットして、ニッケルメッキの密着性と被覆力の向上のために、ストライクメッキを10分間行う。
続いて、図3に示すように、陽極(+)側にニッケル板10をセットすると共に、陰極(−)側に台金2をセットしてスルファミン酸ニッケルメッキ浴またはワットニッケルメッキ浴11中に浸漬して電流密度1A/dm2で5分間メッキを行い、下地のメッキ層(図示せず)を3μm形成する。
【0031】
図4は、本発明に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金の砥粒電着面に粒度が♯100のブロッキーな超砥粒と粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒と粒度が♯140のブロッキーな超砥粒の混合物をばら撒いたときの状態を示す要部拡大概略断面図である。図5は、本発明に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金の砥粒電着面に第1メッキ層を形成したときの状態を示す要部拡大概略断面図である。
【0032】
次に、図3及び図4に示すように、電着する台金2の砥粒電着面2bに粒度が♯100のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6を32質量%、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を5質量%、粒度が♯140のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)8を63質量%の混合物を隙間無くばら撒く。
そして、メッキ応力と硬度調整などの添加剤を加えたスルファミン酸ニッケルメッキ浴またはワットニッケルメッキ浴11中に浸漬して電流密度0.2A/dm2で60分間メッキを行う。すると、超砥粒(ダイヤモンド砥粒)3が、単層でなる第1メッキ層91に埋め込まれて仮固定される。なお、電着は、台金2に電気をかけることによりニッケルの薄膜を生成させる技術で、複雑な形状のものでも均一な薄膜ができる。
この後に、余剰の超砥粒(ダイヤモンド砥粒)3を洗い落とすと、図5に示すような状態となる。
【0033】
図6は、本発明の第1実施例に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金に第2メッキ層を形成したときの状態を示す拡大概略断面図である。
【0034】
さらに、電流密度1A/dm2で150分間埋め込みメッキを行う。すると、第1メッキ層91(図5参照)の上に第2メッキ層92(図6参照)が形成され、メッキ層9の厚さが厚くなり、このメッキ層9で超砥粒(ダイヤモンド砥粒)3が台金2の砥粒電着面2bに固着される。その後に、超砥粒(ダイヤモンド砥粒)3が電着された砥粒電着面2bをブラッシングにて浮き石となっている超砥粒(ダイヤモンド砥粒)31を除去すると、図6に示す状態となる。
【0035】
続いてアルカリ電解脱脂処理を行う(図示せず)。
次に、図3に示すように、台金2を塩化ニッケル220g/Lおよび塩酸100g/Lを含有する前処理剤に浸漬し、電流密度3A/dm2、40℃にて陰極(−)側に台金2をセットし、陽極(+)側にニッケル板10をセットすると共に、ストライクメッキを5分間行う(図示せず)。
【0036】
続いて、スルファミン酸ニッケルメッキ浴またはワットニッケルメッキ浴11中に浸漬して電流密度1A/dm2で180分間埋め込みメッキを行う。
すると、図1に示すように、第2メッキ層92の上に第3メッキ層93が形成され、メッキ層9の厚さがさらに厚くなり、このメッキ層9により粒度が♯100のブロッキーな超砥粒6と、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒7と、粒度が♯140のブロッキーな超砥粒8とが埋め込まれて完全に固着される。このときのメッキ層9の厚みは合計で、約90μmとなる。
【0037】
次に、マスキングをすべて取り除き、超砥粒(ダイヤモンド砥粒)3が電着された台金2を30分間超音波洗浄して砥粒電着面2bを入念にブラッシングを行う(図示せず)。
その後に、再度30分間超音波洗浄を行い浮き石の超砥粒(ダイヤモンド砥粒)31や破砕した超砥粒(ダイヤモンド砥粒)を完全に取り除き、乾燥してCMPコンディショナ1(図1参照)を得ることができる。
【0038】
【実施例】
以下に、実施例を挙げて本発明をさらに詳細に説明する。
[第1実施例]
まず、図7〜図8を参照して、本発明の第1実施例を説明する。
第1実施例では、前記CMPコンディショナ1を用いて、CMPコンディショニングテストを行った。
CMPコンディショニングテストは、パットドレッシングレート(研磨パッドの摩耗量)を測定するもので、研磨機[ビューラー社製、ECOMET4]と研磨パッド[ローデル・ニッタ社製、IC−1000]を用い、シリカ微粒子を含有するpH10.5の水酸化カリウム水溶液を研磨液として、研磨荷重19.6kPa、研磨パッド回転数100min-1、CMPコンディショナ1の回転数56min-1、コンディショニング時間2分の条件で行った。
【0039】
図7は、本発明の第1実施例〜第4実施例および比較例1で作製したCMPコンディショナのコンディショニングテストの結果のパットドレッシングレートを示す表である。図8は、本発明の第1実施例〜第4実施例および比較例1で作製したCMPコンディショナのドレッシングテストの結果のパットドレッシングレートを示す棒グラフである。
【0040】
図7および図8に示すように、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を5質量%含んだCMPコンディショナ1の第1実施例のパットドレッシングレート(研磨パッドの摩耗量)は、221μm/hであった。
【0041】
[第2実施例]
第2実施例は、前記第1実施例と同一な製造方法で、超砥粒3の配合割合を変えてCMPコンディショナ1を作製したものである。
第2実施例では、砥粒電着面2bにばら撒かれて混合された超砥粒3の割合を、粒度が♯100のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6を27質量%、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を10質量%、粒度が♯140のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)8を63質量%の混合物でCMPコンディショナ1を作製した。
このCMPコンディショナ1は、前記第1実施例と同じCMPコンディショニングテストを行った。
図7および図8に示すように、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を10質量%含んだCMPコンディショナ1の第2実施例のパットドレッシングレート(研磨パッドの摩耗量)は、330μm/hであった。
【0042】
[第3実施例]
第3実施例は、前記第1実施例と同一な製造方法で、超砥粒3の配合割合を変えてCMPコンディショナ1を作製したものである。
第3実施例では、砥粒電着面2bにばら撒かれて混合された超砥粒3の割合を、粒度が♯100のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6を18.5質量%、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を18.5質量%、粒度が♯140のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)8を63質量%の混合物でCMPコンディショナ1を作製した。
このCMPコンディショナ1は、前記第1実施例と同じCMPコンディショニングテストを行った。
図7および図8に示すように、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を18.5質量%含んだCMPコンディショナ1の第3実施例のパットドレッシングレート(研磨パッドの摩耗量)は、370μm/hであった。
【0043】
[第4実施例]
第4実施例は、前記第1実施例と同一な製造方法で、超砥粒3の配合割合を変えてCMPコンディショナ1を作製したものである。
第4実施例では、砥粒電着面2bにばら撒かれて混合された超砥粒3の割合を、粒度が♯100のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6を10質量%、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を27質量%、粒度が♯140のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)8を63質量%の混合物でCMPコンディショナ1を作製した。
このCMPコンディショナ1は、前記第1実施例と同じCMPコンディショニングテストを行った。
図7および図8に示すように、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を27質量%含んだCMPコンディショナ1の第4実施例のパットドレッシングレート(研磨パッドの摩耗量)は、550μm/hであった。
【0044】
[比較例1]
比較例1は、前記第1実施例と同一な製造方法で、超砥粒3の配合割合を変えて粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を含まないCMPコンディショナ1を作製したものである。
比較例1では、砥粒電着面2bにばら撒かれて混合された超砥粒3の割合を、粒度が♯100のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6を37質量%、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を0質量%、粒度が♯140のブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)8を63質量%の混合物でCMPコンディショナ1を作製した。
このCMPコンディショナ1は、前記第1実施例と同じCMPコンディショニングテストを行った。
図7および図8に示すように、粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7が0質量%で含まれないCMPコンディショナ1の比較例1のパットドレッシングレート(研磨パッドの摩耗量)は、187μm/hであった。
【0045】
図7に示すように、前記第1実施例〜第4実施例の粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を含有したCMPコンディショナ1は、このアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を含有していない比較例1と比較すると、研磨パッドの切れ味がよく、パットドレッシングレートが高い。
また、第1実施例から第4実施例および比較例1で製造されたCMPコンディショナ1は、それぞれ実施した試験範囲内で、超砥粒3の先端の摩耗も観察されず、耐摩耗性が高く、長寿命なものであった。
本発明のCMPコンディショナ1に含有されているアンギュラーな超砥粒7は、結晶形態がシャープな部分を多く有するため、ブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6のみを使用した場合と比較して切れ味がよい。そして、CMPコンディショナ1は、ブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6を含有することにより、アンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7にかかる研磨荷重をブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6が受け止めて、その研磨荷重を軽減するため、長寿命なものにすることができる。このため、パットドレッシングレートが長時間安定させることができる。
また、図8に示すように、CMPコンディショナ1は、アンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7の含有する割合を調整することによって、研磨条件によって相違する研磨パッドの切れ味(パットドレッシングレート)をコントロールすることができる。
【0046】
[比較例2]
次に、図9を参照して比較例2を説明する。
図9は、CMPコンディショナの比較例2を示す要部拡大断面図である。
比較例2は、前記第1実施例と同一な製造方法で、超砥粒3の配合割合を変えて、粒度が♯140の小さな第2超砥粒5としてアンギュラーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)12を含ませ、粒度が#140の小さなブロッキーな超砥粒(ダイヤモンド砥粒)8を含有しないCMPコンディショナ1を作製したものである。
比較例2では、砥粒電着面2bにばら撒かれて混合された超砥粒3の割合を、ブロッキーな#100の超砥粒(ダイヤモンド砥粒)6を27質量%、アンギュラーな#100の超砥粒(ダイヤモンド砥粒)7を10質量%、アンギュラーな#140の超砥粒(ダイヤモンド砥粒)12を63質量%にした混合物でCMPコンディショナ1を作製した。
【0047】
[第5実施例]
次に、図9を参照して第5実施例を説明する。
第5実施例では、第2実施例と比較例2とでそれぞれ作製したCMPコンディショナ1により、CMPコンディショニング後の研磨パッドの表面傷をそれぞれ実体顕微鏡で観察した。
第2実施例で作製したCMPコンディショナ1と、比較例2で作製したCMPコンディショナ1とで、それぞれCMPコンディショニング後の研磨パッド表面を比較すると、第2実施例で作製したコンディショナ1の方が、研磨パッドの表面の傷が小さくて浅く、比較例2で作製したコンディショナ1では研磨パッドの表面は、大きくて深い傷が多数観察された。
これは、粒度が小さい第2超砥粒5をブロッキーな超砥粒8(図1参照)にした第2実施例に比べて、比較例2は、その第2超砥粒5をアンギュラーな超砥粒12で作製したことに起因している。
CMPコンディショニングは、粒度の大きい超砥粒6,7(第1超砥粒4)により実質的に研磨が行われ、粒度が小さい超砥粒8,12(第2超砥粒5)で研磨パッドの荒れた表面を調整している。このアンギュラーな超砥粒12は、コーナが鋭いため、研磨力が高く粗さ調整には余り寄与していない。
一方、ブロッキーな超砥粒8は、コーナが鈍角で研磨力が小さいことにより、研磨パッドの荒れた表面を僅かしか研磨しないため、研磨パッドの表面に新たな傷を発生させることなく、粒度の大きい超砥粒6,7(第1超砥粒4)により実質的に研磨が行われた研磨パッドの荒れた表面を調整することができる。そのため、本発明は、CMPコンディショナ1に使用する粒度の小さい第2超砥粒5は、ブロッキーな形状のみとした。
【0048】
次に、図10を参照して第1〜第4実施例で使用した砥粒を説明する。
図10は、図8のデータを折れ線グラフに表すとともに、上限値、目標値、および下限値を付与したグラフである。
図10において、実線aは、第1〜第4実施例で試験したデータのパットドレッシングレートμm/hである。破線bは、実線aの近似値グラフ(線)である。一点鎖線cは、CMPコンディショナ1として備えて欲しいパットドレッシングレートμm/hの最大値(合格上限)である。二点鎖線dは、CMPコンディショナ1として備えて欲しいパットドレッシングレートμm/hの最小値(合格下限)である。破線eは、CMPコンディショナ1として備えて欲しいパットドレッシングレートμm/hの目標値である。
なお、パットドレッシングレートμm/hとは、研磨による研磨パッドの除去量を示すものである。
【0049】
図10に示すように、アンギュラーな超砥粒MGB−600Tの配合率が0質量%のときのパットドレッシングレートの試験結果(比較例1)は、187μm/hである。
アンギュラーな超砥粒MGB−600Tの配合率が5質量%のときのパットドレッシングレートμm/hの試験結果(第1実施例)は、221μm/hである。
アンギュラーな超砥粒MGB−600Tの配合率が10質量%のときのパットドレッシングレートμm/hの試験結果(第2実施例)は、330μm/hである。
アンギュラーな超砥粒MGB−600Tの配合率が18.5質量%のときのパットドレッシングレートμm/hの試験結果(第3実施例)は、370μm/hである。
アンギュラーな超砥粒MGB−600Tの配合率が27質量%のときのパットドレッシングレートμm/hの試験結果(第4実施例)は、550μm/hである。
【0050】
このように、パットドレッシングレートは、アンギュラーな超砥粒MGB−600Tの配合率%が増えることに比例して、数値が上昇する。超砥粒MGB−600Tは、コーナが鋭角で、鋭利な切刃をもつアンギュラーな形状のダイヤモンド砥粒からなる。
このため、CMPコンディショナ1は、アンギュラーな超砥粒MGB−600Tの含有率が増えることにより、パットドレッシングレートμm/hの値が上がり、切れ味が上昇する。
【0051】
アンギュラーなダイヤモンド砥粒は、高いパットドレッシングレートを求めると粗い粒子の超砥粒を使うことになる。パットドレッシングレートμm/hの値が最大値(c:合格上限)を超えると被研磨材の研磨面の表面粗さは、粗くなり、表面性が犠牲になる。逆に、研磨面の表面性状を求めると、パットドレッシングレートが犠牲になる。このため、パットドレッシングレートμm/hは、図10に示す最小値(d:合格下限)220μm/h以上、最大値(c:合格上限)331μm/h以下が最適であり、高いパットドレッシングレートと良好な表面性状を得ることができる。
図10の近似線bのパットドレッシングレートμm/hにおいて、最小値(d:合格下限)から最大値(c:合格上限)までの超砥粒MGB−600Tの配合率は、実験のデータによると、約3〜12.5質量%であり、この約3〜12.5質量%がアンギュラーなダイヤモンド砥粒の最適な配合割合の範囲fとなっている。
【0052】
図2に示すように、第2超砥粒5は、前記の配合割合の第1超砥粒4に、この第1超砥粒4よりも粒度が小さい第2超砥粒5を含有することにより、第1超砥粒4をバランスよく配置することができるため、CMPコンディショナ1の研磨面を整えることができる。
【0053】
なお、本発明に係るCMPコンディショナ1は、前記実施の形態および第1〜第4実施例に限定されるものではなく、その技術思想の範囲内で種々の改造および変更が可能であり、本発明はこれら改造および変更された発明にも及ぶことは勿論である。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項1に記載のCMPコンディショナによれば、CMPコンディショナは、EEC値(偏心度)が高いアンギュラーな超砥粒の所定量を含有することにより、切れ味がよくなり、研磨作業時間を短縮することができる。
また、CMPコンディショナは、EEC値(偏心度)が低く整合性があって耐衝撃性を備えたブロッキーな超砥粒を含有したことにより、ブロッキーな超砥粒がアンギュラーな超砥粒に被研磨物のプレッシャがかかることを阻止してアンギュラーな超砥粒の切刃が破壊されることを防止するため、寿命が長く、長期間パットドレッシングレートが安定したCMPコンディショナにすることができる。さらに、CMPコンディショナは、第1超砥粒よりも粒度が小さい第2超砥粒を含有することにより、第2超砥粒によって第1超砥粒を所望間隔に保持することが可能となる。
そして、CMPコンディショナは、ブロッキー及びアンギュラーな超砥粒からなる第1超砥粒と、この第1超砥粒よりも粒度が小さい第2超砥粒とを有したことにより、CMPコンディショナの研磨面の超砥粒をバランス良く整えることができると共に、第2超砥粒が第1超砥粒の脱落を防止してCMPコンディショナの寿命を長くすることができる。
【0055】
さらに、請求項1に記載のCMPコンディショナによれば、CMPコンディショナは、第1超砥粒よりも粒度が小さい第2超砥粒がブロッキーな超砥粒からなることにより、第2超砥粒が高い整合性のとれた形状からなるため、粒度が大きい各第1超砥粒の間隔を整え、安定した状態に配置させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施の形態に係るCMPコンディショナを示す要部拡大断面図である。
【図2】本発明の実施の形態に係るCMPコンディショナを示す要部拡大平面部である。
【図3】本発明に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金にメッキ層を形成したときの状態を示す概略図である。
【図4】本発明に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金の砥粒電着面に粒度が♯100のブロッキーな超砥粒と粒度が♯100のアンギュラーな超砥粒と粒度が♯140のブロッキーな超砥粒の混合物をばら撒いたときの状態を示す要部拡大概略断面図である。
【図5】本発明に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金の砥粒電着面に第1メッキ層を形成したときの状態を示す要部拡大概略断面図である。
【図6】本発明の第1実施例に係るCMPコンディショナを製造するときの状態を示す図で、台金に第2メッキ層を形成したときの状態を示す拡大概略断面図である。
【図7】本発明の第1実施例〜第4実施例および比較例1で作製したCMPコンディショナのコンディショニングテストの結果のパットドレッシングレートを示す表である。
【図8】本発明の第1実施例〜第4実施例および比較例1で作製したCMPコンディショナのドレッシングテストの結果のパットドレッシングレートを示す棒グラフである。
【図9】CMPコンディショナの比較例2を示す要部拡大断面図である。
【図10】図8のデータを折れ線グラフに表すとともに、上限値、目標値、および下限値を付与したグラフである。
【図11】従来のCMPコンディショナを示す図で、同一粒度(平均粒子径)の2種の超砥粒からなるCMPコンディショナを示す要部拡大断面図である。
【図12】従来のCMPコンディショナを示す図で、粒度(平均粒子径)の異なる2種の超砥粒からなるCMPコンディショナを示す要部拡大断面図である。
【符号の説明】
1 CMPコンディショナ
2 台金
2a 表面
2b 砥粒電着面
3 超砥粒
4 第1超砥粒
5 第2超砥粒
6,8 ブロッキーな超砥粒
7,12 アンギュラーな超砥粒
Claims (1)
- 台金の表面に超砥粒を固着したCMPコンディショナであって、
前記超砥粒は、研磨作用をもたらす第1超砥粒と、この第1超砥粒よりも平均粒子径が小さく、ブロッキーな超砥粒からなる第2超砥粒とを有し、
前記第1超砥粒は、ブロッキーな超砥粒と、アンギュラーな超砥粒とを含有し、前記アンギュラーな超砥粒が前記CMPコンディショナの超砥粒に対して3質量%以上であることを特徴とするCMPコンディショナ。
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