JP4441552B2 - ダイヤモンドコンディショナ - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置（ケミカル メカニカル ポリシングマシーン）で使用されるポリシングロスの、表面状態を整えるダイヤモンドコンディショナに関するものである。

半導体ウエハは、円柱状に結晶成長させたシリコンインゴットを所定の厚みでスライスして製造される。円板状にスライスされた該半導体ウエハは、ＳＴＤ、ＩＬＤ、Ｗ、Ｃｕプロセス等の加工工程に送られる。これらの工程において、該半導体ウエハはＣＭＰ装置により、化学的且つ機械的に研磨加工される。

ＣＭＰ装置は、アルカリ液や酸性液、或いは、中性のキレート剤が入っている液等を使用して、半導体ウエハをエッチングして、ケミカル研磨を施す。さらに、微粒子シリカ等（遊離砥粒）を使用してメカニカル研磨を施す。この研磨精度は、半導体ウエハの品質に大きく影響する。

ＣＭＰ装置は、チャック機構にチャックした半導体ウエハを、ポリシングクロス上に押し当てて研磨する。ポリシングクロスは、円板状のポリシングプレート上面に張設される。ポリシングプレートは、下面側の回転機構により回転される。チャック機構は、ポリシングプレートの上方で昇降するスピンドル軸の下端に固定されている。スピンドル軸は、ポリシングプレートと逆方向に回転する。チャック機構にチャックされた半導体ウエハは、スピンドル軸により回転されながら、ポリシングクロスに押し当てられる。研磨処理中、ポリシングクロス上には、アルカリ液等に微粒子シリカ等を混和させたスラリが滴下される。

ＣＭＰ装置でポリシングクロスを長時間使用すると、ポリシング面の平坦度が低下すると共に、目詰まりが生じる。同時に、半導体ウエハの研磨精度や研磨効率が低下する。そこで、ポリシングクロスの表面状態を整えるコンディショナが使用される。コンディショナは円板状をしており、ポリシングクロス上に押し当てられるようにして回転する。コンディショナを支えるアームは、ポリシングクロス上でコンディショナを移動させる。この動作により、ポリシングクロス全面に万遍なくコンディショナが接触する。コンディショナはポリシングクロスの表面を削って新しい面を出すとともに、その表面粗さを最適化する。コンディショナには、効率の良いコンディショニング性能と耐久性が要求されている。これらの技術は下記の文献に記載されている（特許文献１〜４参照）。
特開平１１−３００６０１号公報 特開２００１−３４１０６１号公報 特開２００３−２５２３０号公報 特開２００３−９４３３２号公報

上記の従来のコンディショナは、ポリシングクロスの研磨性能をさらに安定させると要求に対して十分なものではなく、寿命が短いという欠点があった。本発明は、実用性の高い、長寿命のダイヤモンドコンディショナを提供することを目的とする。

本発明は、以下の特徴を備えたものである。
［請求項１］
半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
円板状のコンディショナ基板と、
このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
前記外周の帯状部には、平均粒径４５μｍ以上の粒度から、平均粒径２５０μｍ以下の粒度のダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部には、前記外周の帯状部と平均粒径が２０％以上相違し、かつ、前記外周の帯状部よりも粒径が小さい粒度のダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項２］
半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
円板状のコンディショナ基板と、
このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
前記外周の帯状部には、平均粒径４５μｍ以上の粒度から、平均粒径２５０μｍ以下の粒度のダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部には、前記外周の帯状部と平均粒径が２０％以上相違し、かつ、前記外周の帯状部よりも粒径が大きい粒度のダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項３］
半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
円板状のコンディショナ基板と、
このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
前記外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項４］
半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
円板状のコンディショナ基板と、
このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
前記外周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項５］
請求項３に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の大きなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項６］
請求項３に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項７］
請求項４に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
外周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の大きなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項８］
請求項４に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
外周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項９］
請求項１乃至８のいずれかに記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
前記粒径の大きなダイヤモンド砥粒を接着した帯状部よりも前記粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着した帯状部のほうが、半径方向の寸法が長いことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項１０］
請求項１に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
コンディショナ基板の半径を１００としたとき、外周の帯状部の幅は２以上３０以下、内周の帯状部の幅は２以上５０以下、中心円部の半径は２０以上になるようにサイズを選定し、
前記外周の帯状部よりも前記内周の帯状部のほうが、半径方向の寸法が長いことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［請求項１１］
請求項１乃至１０に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
前記外周の帯状部には、最外周にテーパ面が存在し、このテーパ面にも、ダイヤモンド砥粒が接着され、
前記テーパ面には、他の面と比べて粒径の大きいダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
［構成例と効果］
以下の構成によればそれぞれ以下の効果がある。
〈構成１〉
半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、円板状のコンディショナ基板と、このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部を設けて、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着したので、ポリシングクロスの摩耗を抑えながら、その表面粗さを最適化できる。

〈構成２〉
構成１に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、コンディショナ基板の表面にリング状凹溝が形成されて、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

コンディショナを、一体型で堅牢な構造にすることができる。

〈構成３〉
構成１に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、上記ダイヤモンド砥粒接着部は、それぞれ環状のブロックにより構成され、コンディショナ基板上に形成された凹陥部に嵌め込まれ、ボルト止めまたは接着剤により固定されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

環状のブロックにより構成されたダイヤモンド砥粒接着部は、自由に容易に交換することができ、メンテナンス性が良い。

〈構成４〉
構成１または２に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、コンディショナ基板上には、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とが設けられ、外周の帯状部にはJIS規格で＃４００から＃８０の粒度、内周の帯状部には外周の帯状部よりも粒径が小さい粒度のダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

外周の粒径の大きなダイヤモンド砥粒でポリシングクロスに速く新しい面を作り、内周の粒径の小さなダイヤモンド砥粒で細かく仕上げることができる。

〈構成５〉
構成１または２に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、コンディショナ基板上には、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とが設けられ、外周の帯状部にはJIS規格で＃４００から＃８０の粒度、内周の帯状部には外周の帯状部よりも粒径が大きい粒度のダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

外周の粒径の小さなダイヤモンド砥粒で新しい面を作り、内周の粒径の大きなダイヤモンド砥粒で粗く仕上げることができる。従って、ポリシングクロスの摩耗を最小にしつつ、その表面粗さを十分に粗いものに調整できる。

〈構成６〉
構成１または２に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、コンディショナ基板上には、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とが設けられ、外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

ブロッキーなダイヤモンド砥粒はシャープなダイヤモンド砥粒と比べて、エッジの先鋭度が低い。また、前者は後者に比べて機械的に破損し脱落し難い。従って、表面の荒れたポリシングクロスを、最初にブロッキーなダイヤモンド砥粒で削り、その後シャープなダイヤモンド砥粒で仕上げる。これで、コンディショナの耐久性が向上する。

〈構成７〉
構成６に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

シャープなダイヤモンド砥粒を粒径の大きなものにして、耐久性を向上させた。

〈構成８〉
構成６に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

内周の粒径の小さなダイヤモンド砥粒で細かく仕上げることができる。

中心円部の半径が２０に満たないと、中心部の周速が遅いので、十分なコンディショニングができない。外周の帯状部の幅と内周の帯状部とは、外周の帯状部でポリシングクロスに新しい面を作り、内周の帯状部で仕上げをする分担に応じて選定するとよい。

〈構成１０〉
構成９に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、外周の帯状部よりも内周の帯状部のほうが、半径方向の寸法が長いことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

ポリシングクロスの仕上げ機能を十分に発揮させるために、内周の帯状部のほうが幅が広いほうが好ましい。

〈構成１１〉
構成１乃至９に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、外周の帯状部には、最外周にテーパ面が存在し、このテーパ面にも、ダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

コンディショナ基板がポリシングクロスに押しつけられたときに、テーバ面が最初にポリシングクロスに接する。従って、ここにダイヤモンド砥粒を接着したので研磨効率が上がる。

〈構成１２〉
構成１１に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、テーパ面には、他の面と比べて粒径の大きいダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

この部分に最も機械的ストレスがかかるので、強度の高い粒径の大きいダイヤモンド砥粒を接着した。

〈構成１３〉
構成１乃至９に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、リング状凹溝により隔てられた、各帯状部の上面と側面にダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

これにより、溝の縁までダイヤモンド砥粒を強く固定することができる。また、基板面を広く有効に使用できる。

〈構成１４〉
半導体ウエハを研磨するＣＭＰ装置におけるポリシングクロスのコンディショナであって、円板状のコンディショナ基板と、該コンディショナ基板の表面に一体に膨出させて外周辺に形成した環状に連なる短円弧状のダイヤモンド砥粒接着部と、該環状に連なる短円弧状の複数のダイヤモンド砥粒接着部の内側に渦巻き状に形成した短円弧状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、該複数のダイヤモンド砥粒接着部の上面と側面の上方とに接着層を介して接着する複数種類のダイヤモンド砥粒とを備え、上記複数のダイヤモンド砥粒接着部には相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、夫々のダイヤモンド砥粒を接着後のコンディショナの表面を同一平面状にしたことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

以下、本発明のダイヤモンドコンディショナの実施例を図面を用いて詳細に説明する。図１は、実施例１のダイヤモンドコンディショナの平面図である。
図２は、実施例１のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。
図３は、実施例２のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。
図４は、実施例３のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。
図５は、実施例４のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。
図５は、実施例５のダイヤモンド砥粒接着部の配設例を説明する平面図である。
図６は、ダイヤモンドコンディショナを使用したＣＭＰ研磨装置例の斜視図である。
図８と図９は、上記のダイヤモンドコンディショナの作用効果を実証する説明図である。

図６に示したＣＭＰ研磨装置（ケミカルメカニカルポリシングマシーン）は、半導体ウエハＷをポリシングクロスＣを用いて研磨する。ダイヤモンドコンディショナ１は、このポリシングクロスＣをコンディショニングする。半導体ウエハＷの研磨プロセスには、ＩＬＤ、ＳＴＩ、Ｃｕプロセスがある。ＣＭＰ研磨装置には、夫々のプロセス毎に、異なる研磨条件が要求される。

図６の（ａ）に示すように、ＣＭＰ研磨装置は、回転軸Ａにより、該回転軸Ａの上端に設けられたポリシングプレートＢを回転駆動する。該ポリシングプレートＢ上には、ポリシングクロスＣが張設されている。ポリシングプレートＢの上方には、回転軸Ａと逆方向に回転する昇降自在のスピンドル軸Ｄが配置されている。スピンドル軸Ｄの下端に設けられたチャック機構Ｅには、半導体ウエハＷがチャックされている。ポリシングくクロスＣの上面に、アルカリ液等に微粒子シリカ等を混和させたスラリを滴下させながら、半導体ウエハＷとポリシングプレートＢとを回転させる。こうして、半導体ウエハＷをＣＭＰ研磨加工する。

ポリシングクロスＣは、長時間ＣＭＰ研磨加工を続けると、ポリシング面の平坦度が低下する。さらに、目詰まりが起きる。これは、半導体ウエハＷの研磨精度や研磨効率の低下を生じさせる。その為、ポリシングプレートＢの側方からポリシングクロスＣの上方に突出し、進退可能なアームＦを設ける。該アームＦの先端に回転軸を設け、該回転軸の下端にコンディショナ１を固定する。そして、少なくともポリシングプレートＢの外周から中心付近までの範囲を進退させながら、コンディショナ１を回転させる。こうして、コンディショナ１でポリシングクロスＣのコンディションを整えている。

なお、図６の（ｂ）に示すように、コンディショナ１は、僅かに傾斜した状態でポリシングクロスＣに押し当てられて矢印１０の方向に移動する。最初に、コンディショナ１の進行方向（矢印１０の方向）にみて前方の外周縁部が、ポリシングクロスに接する。その後、コンディショナ１の外周部がポリシングクロスに接する。コンディショナ１の外周部がポリシングクロスの新しい面を出す処理に寄与する。続いてコンディショナ１の内周部がポリシングクロスに接する。ここで仕上げ処理をする。コンディショナ１の進行方向にみて後方の部分は仕上げ処理に寄与する。

図１の平面図と図２の縦断面図に示すように、コンディショナ基板２は、リング状凹溝３を２ヵ所に刻設した円盤状をしている。これは、例えば、ステンレススチール等の金属、又は、アルミナセラミック等により形成されている。また、硬質プラスチックにより構成することもできる。

複数のダイヤモンド砥粒接着部４は、コンディショナ基板２の表面に、リング状凹溝３を隔てて同心状に形成されている。この図の例では、リング状凹溝３を２ヵ所に刻設した。これにより、中央辺に位置する円形状ダイヤモンド砥粒接着部４Ａと、その外側の帯状のダイヤモンド砥粒接着部４Ｂと、最も外側の帯状のダイヤモンド砥粒接着部４Ｃが形成されている。

尚、図１の実施例では、リング状凹溝３を２ヵ所に刻設している。しかし、１ヵ所にしても、３ヵ所にしても構わない。１ヵ所の場合はダイヤモンド砥粒接着部が２になる。３ヵ所の場合はダイヤモンド砥粒接着部が４つになる。なお、あとで説明するように、中心部の円状の部分には、ダイヤモンド砥粒を接着しなくても構わない。ダイヤモンドコンディショナをポリシングクロスに押しつけてコンディショニングを開始すると、その押しつけ力で全体が若干湾曲する。即ち、ダイヤモンドコンディショナは押しつけ力により弾性変形する。まったく溝の無い円板よりも、環状溝のある円板のほうが、押しつけ力によりで弾性変形し易い。２本のリング状凹溝はダイヤモンド砥粒群の粒径の変化する境界部分である。ここで円板を折れ曲がらせる。こうすると、内周部分がポリシングクロスの仕上がり面粗さを決める効果を高めることができる。

複数種類のダイヤモンド砥粒６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、人工ダイヤモンドの砥粒である。各ダイヤモンド砥粒接着部４Ａ、４Ｂ、４Ｃのダイヤモンド砥粒６Ａ、６Ｂ、６Ｃは、それぞれ、例えば、粒度が相違する。また、例えば、粒度は同じでもそれぞれ硬度が異なる。まり、例えば、一方は粒子の形状が丸味を有し、他方は粒子が鋭い角部を有する。このように、夫々種類を相違させる。粒子の形状が丸味を有するものをブロッキーなものと呼び、粒子が鋭い角部を有するものをシャープなものと呼ぶ。同一の粒度でブロッキーなものからシャープなものまで、例えば、ダイヤモンド・イノベーション・インターナショナル社のカタログに記載したものを選別するとよい。

夫々のダイヤモンド砥粒接着部４の上面と、側面の上方に、接着層５を介してダイヤモンド砥粒６Ａ、６Ｂ、６Ｃが接着されている。図２等に示すように、最外周に位置するダイヤモンド砥粒接着部４の外周縁部にはテーパー面が形成されている。このテーパー面の上方にも接着層５を介してダイヤモンド砥粒６Ｃが接着されている。

この実施例では、夫々のダイヤモンド砥粒接着部４Ａ、４Ｂ、４Ｃの上面に夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒６Ａ、６Ｂ、６Ｃを接着しても、接着した後のダイヤモンドコンディショナ１の表面が同一平面状にあるように調整されている。このために、この例では基板２の表面の高さが調整されている。なお、実際には、高さの差が０．５ｍｍ程度までは十分に許容できる。従って、ダイヤモンドコンディショナ１の表面がほぼ平坦面を形成すればよい。夫々のダイヤモンド砥粒の外径の差が約０，５ｍｍを越えなければ、基板の高さ調整の必要はない。さらに、リング状凹溝は、必ずしも基板上をカッティングして形成する必要はない。夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒６Ａ、６Ｂ、６Ｃを一定の間隔を開けて環状に接着すると、自動的にその間に凹溝ができる。これもリング状凹溝と呼ぶことができる。

以下に、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着する意義を説明する。
（例１） まず、最初の例は、外周の帯状部に、ブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部に、シャープなダイヤモンド砥粒が接着されている。中央辺に位置する円形状部分は回転速度が遅くてポリシング効果が小さいので、ダイヤモンド砥粒を接着しなくても構わない。次の例は、外周の帯状部にJIS規格で＃４００以上＃８０以下の粒度、内周の帯状部には外周の帯状部よりも粒径が大きい粒度のダイヤモンド砥粒が接着されている。＃４００を越えるとポリシング効果が小さ過ぎる。また，＃８０以下では仕上がり後の面粗さが粗く成りすぎるから、この範囲が適する。なお、JIS規格で＃４００から＃８０の粒度は、平均粒径が約４５μｍから約２５０μｍのものになる。好ましくは、平均粒径が２０％以上相違するとよい。平均粒径が２０％未満の差では、全て同一の種類のダイヤモンド砥粒を使用したものと比較して、効果の差が十分に現れない。

コンディショナの面に固定したダイヤモンド砥粒の粒径に着目すると、粒径が大きいほど、仕上がり後のポリシングクロスの表面粗さが粗くなる。砥粒の粒径が大きいほどポリシングクロスを切削する速度が速い。砥粒の粒径が大きいほど、ポリシングクロスの仕上がり後の面粗さが粗くなる。但し、ダイヤモンド砥粒がほぼ同様の条件で製造されたものであることが前提条件である。

ダイヤモンド砥粒の表面状態に着目すると、表面先鋭度が高い、シャープなものほど切れ味がよい。例えば、不純物が多いダイヤモンド砥粒は表面に不規則な凹凸が多く、表面先鋭度が高い。同じ粒径の砥粒であっても、表面先鋭度が低いブロッキーなものより、表面先鋭度が高いもののほうが、ポリシングクロスを切削する速度が速い。表面先鋭度が高いもののほうが、仕上がり後のポリシングクロスの表面粗さが粗くなる。また、ダイヤモンド砥粒６の硬度の硬質なものは研磨能力が高くなり、軟質のものは研磨能力が低くなる。

ポリシングクロスの表面をコンディショニングするときは、まず、粗れた面を一定量だけ切削して新しい面を出し、その後、目的とする表面粗さに仕上げる。従来は、全面に均一に同質のダイヤモンド砥粒を固定した一枚の円板を使用した。しかし、例えば、粒径が大きいダイヤモンド砥粒のみで粗れた面を仕上げまで切削すると、新しい面を出すときにポリシングクロスを削り過ぎて、ポリシングクロスの消耗が激しくなる。即ち、仕上げ処理をする前にポリシングクロスを削りすぎてしまう。

そこで、表面の荒れたポリシングクロスを、最初に外周のブロッキーなダイヤモンド砥粒で削り、その後内周のシャープなダイヤモンド砥粒で仕上げる。また、あるいは、外周の粒径の小さいダイヤモンド砥粒で、始めにポリシングクロスの新しい面を作り、その後、内周の粒径の大きなダイヤモンドで仕上げ処理をする。これにより、コンディショナの耐久性が向上する。いずれの場合も、ポリシングクロスの摩耗を最小にしつつ、その仕上がり時の表面粗さを十分に粗いものに調整できる。

コンディショナ基板２の外周の帯状部に接着されたダイヤモンド砥粒は、ポリシングクロスに高速で接し、かつ、高い圧力で接する。また、コンディショナ基板２の外周付近は内周付近よりもポリシングクロス面に垂直な方向の振動が激しい。従って、ダイヤモンド砥粒が機械的に破損し脱落し易い。しかしながら、粒径の小さいダイヤモンド砥粒やブロッキーなダイヤモンド砥粒は、粒径の大きいダイヤモンド砥粒やシヤープなダイヤモンド砥粒に比べて機械的強度が強い。また、ポリシングクロスを削るときの機械的な抵抗も小さい。従って、耐久性が高い。基板全体の強度も平均化されて、全体として耐久性が良くなるという効果がある。

例えば、ＣＭＰ研磨装置における、ＩＬＤプロセスでは、半導体ウエハＷの研磨レートが高いことが要求される。ポリシングクロスＣの表面粗さを粗くすれば、半導体ウエハＷの研磨レートが高くなる。粒径の大きなダイヤモンド砥粒やシャープなダイヤモンド砥粒は、機械的な負荷が大きいから脱落しやすく摩耗も激しい。従って、ＣＭＰ研磨装置の加工後の半導体ウエハＷにスクラッチが発生する原因になる。

そこで、上記のように、基板の外周の帯状部に粒径の小さいダイヤモンド砥粒やブロッキーなダイヤモンド砥粒を配置した。例えば、ブロッキーなダイヤモンド砥粒として、ＭＢＧ６８０（ダイヤモンド・イノベーション・インターナショナル社製、平均粒径Ｘ＝１６０μｍ）使用した。また、シャープなダイヤモンド砥粒として、ＭＢＧ６２０（同、平均粒径Ｘ＝１６０μｍ）を使用した。

以上により、半導体ウエハＷのスクラッチは、基板全面にＭＢＧ６２０（ダイヤモンド・イノベーション・インターナショナル社製）を使用した場合に比べて圧倒的に少ないという結果を得た。内周の帯状部にシャープなダイヤモンド砥粒ＭＢＧ６２０を使用すると、仕上がり後のポリシングクロスＣの表面粗さはいずれも同程度になった。

なお、外周の帯状部でポリシングクロスに新しい面を作るとき、削りすぎを調整する必要がある。このため、外周の帯状部よりも内周の帯状部のほうが、半径方向の寸法が長くなるように、帯状部の幅を選定するとよい。さらに具体的には、コンディショナ基板の半径を１００としたとき、外周の帯状部の幅は２以上３０以下、内周の帯状部の幅は２以上５０以下、中心円部の半径は２０以上になるようにサイズを選定することが好ましい。外周の帯状部の幅が２以下では、外周の帯状部を設けた意味が無くなる。外周の帯状部の幅が３０を越えると内周の帯状部の有効幅が狭く成りすぎる。内周の帯状部の幅が２未満では、内周の帯状部を設けた意味が無くなる。内周の帯状部の幅が５０を越えると、有効な外周の帯状部が設けられない。中心円部の半径は外周と内周の帯状部を決めた残りの部分で、自動的に定まる。

（例２） また、ＣＭＰ研磨装置における、ＳＴＩプロセスでは、半導体ウエハＷのスクラッチがさらに少ないことが要求される。しかも、より寿命の長いコンディショナが要求されている。そこで、従来技術では、ダイヤモンド砥粒として、ＭＢＧ６２０に代えてより小さい粒径のＭＢＧ６８０を使用することが考えられる。しかしながら、ＭＢＧ６８０だけを使用したコンディショナは、研磨速度が遅いという欠点がある。

そこで、外周の帯状部に小さい粒径のダイヤモンド砥粒（平均粒径Ｘ＝９０μｍ）を使用し、内周の帯状部に大きい粒径のダイヤモンド砥粒（Ｘ＝１６０μｍ）を使用した。これにより、コンディショナの外周の帯状部の機械強度が増して、スクラッチが減少した。また、内周の帯状部の大きい粒径のダイヤモンド砥粒により、ポリシングクロスＣの表面粗さを十分に粗くできるから、ボリシングクロスによる半導体ウエハＷの研磨速度も速くなる。しかも、処理速度全体が向上し、コンディショナの寿命が約２倍になるという効果があった。

（例３） 一方、ＣＭＰ研磨装置のＣｕプロセスでは、ディシィング、エロージョンが問題になる。ポリシングクロスＣの表面粗さが細かいほどディシィング、エロージョンが少ないことが知られている。ところが、例えば、細かいダイヤモンド砥粒（例、平均粒径Ｘ＝１０μｍ）を使用すると、ディシィング、エロージョンは少ないが、ダイヤモンドコンディショナの寿命が極端に短くなるという問題がある。

そこで、この例では、外周の帯状部には大きな粒径のダイヤモンド砥粒（例、平均粒径Ｘ＝４０μｍ）を使用し、内周の帯状部には小さな粒径のダイヤモンド砥粒（例、平均粒径Ｘ＝１０μｍ）を使用する。これらの高さをほぼ揃えて接着することが好ましい。この構成により、細かいダイヤモンド砥粒（例、平均粒径Ｘ＝１０μｍ）のみを使用したときと比較して、ディシィング、エロージョンはほぼ同等程度に少なくできた。また、ダイヤモンドコンディショナの寿命は約２倍になった。

なお、実用上、外周の帯状部にJIS規格で＃４００から＃８０の粒度、内周の帯状部には外周の帯状部よりも粒径が小さい粒度のダイヤモンド砥粒を接着することが好ましい。この理由は例１と同様である。＃４００を越えるとポリシング効果が小さ過ぎる。また，＃８０以下では仕上がり後の面粗さが粗く成りすぎるから、この範囲が適する。好ましくは、平均粒径が２０％以上相違するとよい。平均粒径が２０％未満の差では、全て同一の種類のダイヤモンド砥粒を使用したものと比較して、効果の差が十分に現れない。例えば、中央辺の円形状のダイヤモンド砥粒接着部には♯２００のダイヤモンド砥粒６を使用する。内周の帯状部のダイヤモンド砥粒接着部４には♯１２０のダイヤモンド砥粒を使用する。外周の帯状部の環状のダイヤモンド砥粒接着部４には♯８０のダイヤモンド砥粒６を使用する。これにより、目的とする性能を得ることができた。

また、図２等に示すように、夫々のダイヤモンド砥粒接着部４の上面と、側面の上方に、接着層５を介してダイヤモンド砥粒６Ａ、６Ｂ、６Ｃが接着されている。最外周に位置するダイヤモンド砥粒接着部４の外周縁部にはテーパー面が形成されている。このテーパー面の上方にも接着層５を介してダイヤモンド砥粒６Ｃが接着されている。図６の（ｂ）を用いて説明したように、ダイヤモンドコンディショナ１の外周縁、外周縁がエッジとなり、ポリシングクロスＣの表面を研磨する。さらに、帯状部の外周縁のエッジでも、円形状のダイヤモンド砥粒接着部の外周縁のエッジでも研削できる。即ち、基板２全面を効率よく利用して研磨ができる。

図３に示すように、ダイヤモンド砥粒接着部４Ｄ、４Ｅ、４Ｆは、それぞれ環状のブロックにより構成されている、コンディショナ基板２上には凹陥部３Ｄ、３Ｅ、３Ｆが形成されている。ダイヤモンド砥粒接着部４Ｄ、４Ｅ、４Ｆは、これらの凹陥部３Ｄ、３Ｅ、３Ｆに嵌め込まれている。両者は、ボルト止めまたは接着剤により固定されている。このように、環状のブロックにより構成されたダイヤモンド砥粒接着部４Ｄ、４Ｅ、４Ｆは、自由に容易に交換することができるから、メンテナンス性が良いという特徴を持つ。

実施例１では、各ダイヤモンド砥粒接着部４Ａ、４Ｂ、４Ｃに接着したダイヤモンド砥粒６Ａ、６Ｂ、６Ｃの粒度を異なるものにした。そして、その粒の大きさの相違を、ダイヤモンド砥粒接着部４Ａ、４Ｂ、４Ｃの高さを調整することにより吸収して、コンディショナ１の表面を平坦にした。図４に示した実施例３では、接着剤の接着層５の厚みを調整して、コンディショナ１の表面を平坦にした。

実施例２では、各ダイヤモンド砥粒接着部４Ｄ、４Ｅ、４Ｆに接着したダイヤモンド砥粒６Ｄ、６Ｅ、６Ｆの粒度を異なるものにした。そして、その粒の大きさの相違を、ブロック状のダイヤモンド砥粒接着部４Ｄ、４Ｅ、４Ｆの高さを調整することにより吸収して、コンディショナ１の表面を平坦にした。図５に示した実施例４では、接着剤の接着層５の厚みを調整して、コンディショナ１の表面を平坦にした。

実施例５では、図６に示すように、円板状のコンディショナ基板２の表面に複数の短円弧状のダイヤモンド砥粒接着部４Ｇ、４Ｈが配設されている。これらのダイヤモンド砥粒接着部４は、コンディショナ基板２の表面に、それぞれ一体に膨出するように形成されている。また、コンディショナ基板２の外周辺では、ダイヤモンド砥粒接着部４Ｇが環状に連なるように配設されている。さらに、コンディショナ基板２の内側では、ダイヤモンド砥粒接着部４Ｈが渦巻き状に配設されている。

ここで、外周辺に位置するダイヤモンド砥粒接着部４Ｇに接着するダイヤモンド砥粒と、内側に位置するダイヤモンド砥粒接着部４Ｈに接着するダイヤモンド砥粒とは、夫々相違する種類のものにする。これで、上記の実施例と同様の機能を発揮することができる。

図８は、表示面粗さと研磨時間との関係を示す説明図である。図８のグラフの縦軸は表面粗さＲａ、横軸は研磨時間（ｈｒ）を示す。右側の数値は、外周の帯状部と内周の帯状部のダイヤモンド砥粒の粒径をＪＩＳ表示したものである。例えば、SD100-SD60というのは、外周の帯状部は＃１００、内周の帯状部は＃６０のダイヤモンド砥粒を使用したことを意味する。SD100（外側のみ）というのは、内周の帯状部にダイヤモンド砥粒が接着されていないことを示す。図８のグラフは、ポリシングクロスの仕上がり後の表面粗さは、内周の帯状部のダイヤモンド砥粒の粒径により決まることを実証したものである。図９は、ポリシングクロスの研磨速度の変化を示す説明図である。図８のグラフの縦軸は研磨速度（μｍ／ｈｒ）、横軸は研磨時間（ｈｒ）を示す。右側の数値は図８と同一である。図９のグラフは、ポリシングクロスの研磨速度も、内周の帯状部のダイヤモンド砥粒の粒径により決まることを実証したものである。

実施例１のダイヤモンドコンディショナの平面図である。 実施例１のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。 実施例２のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。 実施例３のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。 実施例４のダイヤモンドコンディショナの主要部断面図である。 実施例５のダイヤモンド砥粒接着部の配設例を説明する平面図である。 ダイヤモンドコンディショナを使用したＣＭＰ研磨装置例の斜視図である。 表示面粗さと研磨時間との関係を示す説明図である。 ポリシングクロスの研磨速度の変化を示す説明図である。

符号の説明

Ｗ 半導体ウエハ
Ｃ ポリシングクロス
１ ダイヤモンドコンディショナ
２ コンディショナ基板
３ リング状凹溝
４ ダイヤモンド砥粒接着部
５ 接着層
６ ダイヤモンド砥粒

Claims (11)

1. 半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
   円板状のコンディショナ基板と、
   このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
   これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
   各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
   ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
   前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
   前記外周の帯状部には、平均粒径４５μｍ以上の粒度から、平均粒径２５０μｍ以下の粒度のダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部には、前記外周の帯状部と平均粒径が２０％以上相違し、かつ、前記外周の帯状部よりも粒径が小さい粒度のダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
2. 半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
   円板状のコンディショナ基板と、
   このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
   これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
   各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
   ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
   前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
   前記外周の帯状部には、平均粒径４５μｍ以上の粒度から、平均粒径２５０μｍ以下の粒度のダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部には、前記外周の帯状部と平均粒径が２０％以上相違し、かつ、前記外周の帯状部よりも粒径が大きい粒度のダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
3. 半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
   円板状のコンディショナ基板と、
   このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
   これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
   各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
   ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
   前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
   前記外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
4. 半導体ウエハを研磨するためのＣＭＰ装置で使用されるポリシングクロスの、表面状態を整えるコンディショナであって、
   円板状のコンディショナ基板と、
   このコンディショナ基板上に設けられ、リング状凹溝により隔てられた、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部と、
   これらのダイヤモンド砥粒接着部表面に接着層を介して接着されたダイヤモンド砥粒とを備え、
   各ダイヤモンド砥粒接着部には、夫々相違する種類のダイヤモンド砥粒を接着し、
   ダイヤモンド砥粒接着後のコンディショナの表面が、ほぼ平坦面を形成するように調整され、
   前記コンディショナ基板の表面に、互いにリング状凹溝により隔てられた、外周の帯状部と内周の帯状部と中心円部とからなる、同心帯状の複数のダイヤモンド砥粒接着部が形成され、
   前記外周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、前記内周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
5. 請求項３に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
   外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の大きなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
6. 請求項３に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
   外周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
7. 請求項４に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
   外周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の大きなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
8. 請求項４に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
   外周の帯状部にはシャープなダイヤモンド砥粒が接着され、内周の帯状部にはブロッキーなダイヤモンド砥粒が接着され、外周の帯状部には内周の帯状部よりも粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着したことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
9. 請求項１乃至８のいずれかに記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
   前記粒径の大きなダイヤモンド砥粒を接着した帯状部よりも前記粒径の小さなダイヤモンド砥粒を接着した帯状部のほうが、半径方向の寸法が長いことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
10. 請求項１に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
    コンディショナ基板の半径を１００としたとき、外周の帯状部の幅は２以上３０以下、内周の帯状部の幅は２以上５０以下、中心円部の半径は２０以上になるようにサイズを選定し、
    前記外周の帯状部よりも前記内周の帯状部のほうが、半径方向の寸法が長いことを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。
11. 請求項１乃至１０に記載のダイヤモンドコンディショナにおいて、
    前記外周の帯状部には、最外周にテーパ面が存在し、このテーパ面にも、ダイヤモンド砥粒が接着され、
    前記テーパ面には、他の面と比べて粒径の大きいダイヤモンド砥粒が接着されていることを特徴とするダイヤモンドコンディショナ。

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