JP4330640B2 - Ｃｍｐパッドコンディショナー - Google Patents

Description

本発明は、シリコンウエハ等の表面を平坦化するために用いられるＣＭＰ装置において使用されるＣＭＰパッドコンディショナーに関する。

シリコンウエハ等の表面を平坦化する方法として、化学的機械的研磨（Chemical Mechanical Polishing：以下「ＣＭＰ」と略記する）が近年よく用いられている。
図４に、従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す。

図４において、ＣＭＰ装置５１は、回転テーブル回転軸５２を中心として回転する回転テーブル５３上に設けられた研磨ヘッド５４とコンディショナー５５とを備えている。回転テーブル５３の上表面には、研磨パッド５６が形成されている。

研磨ヘッド５４は、研磨ヘッド回転軸５７と円板状のウエハキャリア５８とを備え、ウエハキャリア５８の下面にはウエハ５９が吸着されている。円板状のウエハキャリア５８は、研磨ヘッド回転軸５７を中心として回転する。
コンディショナー５５は、コンディショナー回転軸６０と円板状のコンディショニングディスク６１とを備える。コンディショニングディスク６１は、コンディショナー回転軸６０を中心として回転する。

スラリー供給部６２からは、弾性ウレタン性研磨パッド５６上に研磨剤であるスラリー６３が供給され、スラリー６３はウエハ５９と弾性ウレタン性研磨パッド５６との接触面に取り込まれる。ウエハ５９の表面は、回転テーブル５３表面の弾性ウレタン性研磨パッド５６に接触し、スラリー６３によって研磨される。

コンディショニングディスク６１の外周側下面には、ダイヤモンド等からなる砥粒が固着され、砥粒を弾性ウレタン性研磨パッド５６に擦りつけて弾性ウレタン性研磨パッド５６表面を研削する。これによって、弾性ウレタン性研磨パッド５６の表面を毛羽立たせた状態を持続させ、研磨状態を一定に保つことができる。

従来用いられているコンディショニングディスクの一例を図５に示す。
これは、台金７１の外周側をリング状に平らに盛り上げ、このリング部７２の平らな部分に砥粒７３を規則配列したコンディショニングディスクである。酸性雰囲気下におけるＣＭＰプロセスでは、コンディショニングディスクの金属部分からの金属の溶出を防ぐため、コンディショニングディスク表面に樹脂を塗布することが行われている。

しかし、樹脂を塗布したものでは、コートの密着力が弱いため研磨中にコートが剥がれやすく、コートの剥がれによってスクラッチが発生しやすい。また、吹き付け法により樹脂を塗布したものは、砥粒の上面までコートされることとなるため、使用途中に摩擦により砥粒上面部のコートが剥がれ、砥粒の切刃が表れて、切れ味が大きく変動する。従って、砥粒上面部のコートを機械的に剥がす処理が必要となり、コートを除去した部分の近傍でのコートの密着度が悪く剥がれやすくなるという弊害が生じる。また、コートを除去した界面から、砥粒を固定するめっき層中のニッケルが侵入して砥粒界面を浸食し、砥粒の固着力が低下する。

樹脂を塗布する方法として、樹脂を塗布する前の下地のニッケル層に、樹脂を電着する方法を採ることもできるが、樹脂のみを電着しているため、ニッケル層との親和性が低く、界面から腐食しやすく、砥粒の固着力が弱い。
電着砥石の分野において、金属めっき層の上面に金属基複合めっき層を形成し、この金属基複合めっき層は、主体となるめっき金属よりも摩擦係数の小さい素材であるフッ素樹脂等を分散させて形成したものが、特許文献１に記載されている。

特開２００２−３３１４６０号公報

しかし、特許文献１記載の電着砥石においては、金属基複合めっき層中のめっき金属よりも摩擦係数の小さい材料の含有量は３５体積％に設定されており、３５体積％程度の含有量では、撥水効果としては期待できるものの、耐薬品性や、金属溶出によるコンタミンの抑制には不向きであるという問題がある。金属が溶出すると、砥粒の界面が侵食され、砥粒保持力が低下し、研削性能に悪影響を与える。その一方、摩擦係数の小さい材料の含有量が多すぎると、下地のめっき層との親和性が低下し、金属基複合めっき層が剥がれるという問題を生じる。ＣＭＰパッドコンディショナーにおいてこのような金属基複合めっき層が剥がれると、金属基複合めっき層と砥粒の界面からスラリーが浸透して下地のめっき層を浸食し、砥粒固着力が低下する。砥粒の脱落はスクラッチの発生を引き起こす要因となるが、ＣＭＰパッドコンディショナーでは、スクラッチの発生は重大な問題となるため、砥粒の脱落を防止する手段が不可欠となる。

本発明は、以上の課題を解決するためになされたもので、砥粒固着力を向上するとともに、スラリーの凝集を防止し、金属の溶出を防止して、スクラッチの発生を有効に防止することが可能な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。

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、台金の外周側をリング状に盛り上げた領域に、砥粒が電着により固着されて形成された研削部を有するコンディショニングディスクを備えたＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、めっき層の上面には撥水性コートが形成され、前記撥水性コートは、ニッケルと撥水樹脂とからなる複合めっき層であり、前記撥水性コートを形成する撥水樹脂の含有量が、撥水性コート全体の体積に対して４５体積％以上８０体積％以下であることを特徴とする。

めっき層の上面には撥水性コートが形成され、前記撥水性コートは、ニッケルと撥水樹脂とからなる複合めっき層であるため、コンディショニングディスクのめっき層、特に、砥粒とめっき層との界面での親和性が高く、密着性に優れ、酸性雰囲気下におけるＣＭＰプロセス中においてもコートが剥がれることがない。この撥水性コートがめっき層からのめっき金属の溶出を抑えるため、砥粒界面が浸食されず、砥粒固着力が低下しない。

また、複合めっき層を形成しているため、吹き付け法により樹脂を塗布したもののように、非導電性の砥粒の上面までコートされることがないため、切れ味が大きく変動することがない。
また、コートが撥水性であるため、スラリーが付着しづらく、これによるスクラッチの発生を防止することができる。

また、撥水樹脂の含有量を４５体積％以上８０体積％以下とすることにより、めっき金属の溶出を抑えつつ、撥水性コートの浮きや剥がれを防止する効果を高めるとともに、耐薬品性の効果を高めることができる。撥水樹脂の含有量が４５体積％未満であると、めっき金属の溶出を充分に抑えることができず、砥粒界面の侵食によって砥粒が脱落しやすくなるとともに、耐薬品性も劣るようになる。その一方、８０体積％を超えると、下地のめっき層との親和性が劣り、撥水性コートと砥粒の界面からスラリーが浸透して下地のめっき層を浸食する。そのため、砥粒固着力が低下し、砥粒の脱落へと繋がりスクラッチを引き起こす原因となるため好ましくない。このように、砥粒の脱落を有効に防止するためには、撥水樹脂の含有量を適正な範囲に設定することが極めて重要である。

本発明によると、砥粒固着力を向上するとともに、スラリーの凝集を防止し、金属の溶出を防止して、スクラッチの発生を有効に防止することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーを実現することができる。

以下に、本発明のＣＭＰパッドコンディショナーをその実施形態に基づいて説明する。
図１に、本発明の実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーのコンディショニングディスクを示す。コンディショニングディスク１の外周側において、台金３の外周側をリング状に盛り上げて研削部２が設けられている。

研削部２の詳細を図２に示す。研削部２は、台金３に砥粒４が電着によって固定されて形成されており、砥粒４として、ダイヤモンド等を用いることができる。砥粒４はニッケルめっき層５により電着固定されており、砥粒４はその粒径の５５％以上８０％以下の部分がニッケルめっき層５内に埋め込まれている。

ニッケルめっき層５の上面には、撥水性コート６が形成されている。この撥水性コート６は、ニッケルと撥水樹脂とからなる複合めっき層である。撥水樹脂として、テフロン（登録商標）を用いることができ、テフロン粒子の粒径は０．３μｍ〜５．０μｍとしている。また、撥水性コートを形成する撥水樹脂の含有量は、撥水性コート全体の体積に対して、４５体積％以上８０体積％以下となるようにしている。

以下に、試験例を示す。
研磨液（ｐＨ２の硝酸鉄＋Ｈ₂Ｏ₂（５％））と研磨粒子を混合したものに６０時間浸漬し、ＣＭＰパッドコンディショナーのコンディショニングディスクから溶出する金属（Ｎｉ）の量を測定した。また、撥水樹脂含有量を変化させたときに、砥粒界面における撥水性コートの密着具合及び下地のＮｉによる砥粒界面の侵食状態を観察した。
その結果を表１に示す。

以上の結果から、撥水樹脂の含有量が４５体積％未満のときは、Ｎｉの溶出量が急激に増加するため、砥粒界面の侵食が促進される。そのため、砥粒保持力が低下して、砥粒はいずれ脱落してしまう。従って、Ｎｉの溶出を抑えて砥粒界面の侵食による砥粒の脱落を防止するためには、撥水樹脂の含有量を４５体積％以上とすることが必要である。

また、撥水樹脂の含有量が８０体積％を超えると、下地のＮｉとの親和性が低くなって密着力が弱くなる。そのため、撥水性コートの浮き現象が起こる。さらに９０体積％になると撥水性コートの剥れ現象が発生してしまう。従って、撥水性コートの浮き現象や剥れ現象を抑えるためには、撥水樹脂の含有量を８０体積％以下とすることが必要である。
以上のことから、撥水樹脂の含有量を４５体積％以上８０体積％以下とすることにより、Ｎｉの溶出を抑えつつ、撥水性コートの浮きや剥がれを防止することができる。

次に、本発明のように、撥水性コートを形成したものと、吹きつけ法にてコートしたものとについて、切れ味の比較を行った試験について説明する。
試験条件を表２に示す。

その試験結果を図３に示す。
図３に示すように、吹きつけ法にてコートしたものでは、研削初期においては砥粒表面の切刃をコートが被っているため切れ味が悪く、研削途中では砥粒表面のコートの剥がれが発生して、切れ味が上昇し始め、パッド削れレートが急激に変動する。しかし、本発明（開発品）のように、撥水性コートを形成したものでは、このような変動は起こらず、初期から切れ味を安定に維持することができる。

本発明は、砥粒固着力を向上するとともに、スラリーの凝集を防止し、金属の溶出を防止して、スクラッチの発生を有効に防止することが可能なＣＭＰパッドコンディショナーとして利用することができる。

本発明の実施形態に係るＣＭＰパッドコンディショナーのコンディショニングディスクの構成を示す図である。 図１のコンディショニングディスクの研削部の詳細を示す図である。 撥水性コートを形成したものと、吹きつけ法にてコートしたものとについて、切れ味の比較を行った試験結果を示す図である。 従来用いられているＣＭＰ装置の構成を示す図である。 従来用いられているコンディショニングディスクの一例を示す図である。

符号の説明

１ コンディショニングディスク
２ 研削部
３ 台金
４ 砥粒
５ ニッケルめっき層
６ 撥水性コート

Claims (1)

1. 台金の外周側をリング状に盛り上げた領域に、砥粒が電着により固着されて形成された研削部を有するコンディショニングディスクを備えたＣＭＰパッドコンディショナーにおいて、めっき層の上面には撥水性コートが形成され、前記撥水性コートは、ニッケルと撥水樹脂とからなる複合めっき層であり、前記撥水性コートを形成する撥水樹脂の含有量が、撥水性コート全体の体積に対して４５体積％以上８０体積％以下であることを特徴とするＣＭＰパッドコンディショナー。

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