JP6411162B2 - パッド用コンディショナ及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、半導体ウェーハ等の被研磨物の表面を研磨するパッドの表面状態を整えるためのパッド用コンディショナ、及びこのパッド用コンディショナの製造方法に関する。

最新の半導体マイクロデバイスにおいては、デバイス構造の高密度化のために、半導体ウェーハ（例えばシリコンウェーハ。以下、単にウェーハという。）の上に異なる複数の配線を多層形成し、層間絶縁膜にビアホールやコンタクトホールを形成して各層間を電気的に接続する、多層配線技術が多用されるようになってきている。この多層配線技術においては、下層側の回路パターンが、フォトリソグラフィ工程によって形成された後に、上層側の回路パターンが、下層側の回路パターンと位置ずれを起こさないようにしつつ、同様にフォトリソグラフィ工程によって形成される。

このとき、下層側表面に凹凸が生じていると、上層側の回路パターンを形成する際にデフォーカスに起因する位置ずれが生じやすい。このため、上層側の回路パターンを形成する前に、下層側表面を化学機械研磨（Ｃｈｅｍｉｃａｌ−Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ：以下、ＣＭＰという。）によって平坦化する工程が採用されるのが一般的である。このＣＭＰ工程においては、図２に示すように、例えば、回転定盤Ｔ上に張り付けた、独立気泡を有する硬質ウレタン樹脂（以下、パッドＰという。）の表面に、ウェーハＷと化学的反応（ケミカル作用）を起こす薬液と、超微細な砥粒（主にＳｉＯ_２）（メカニカル作用）とを混ぜたスラリーＳをかけ流しつつ、このパッドＰの表面にウェーハＷの表面を押し付けて、その表面を平坦化する。

このＣＭＰ工程を行うと、ウェーハＷの切粉等の付着物がパッドＰの表面に付着して、この表面がフラットな状態となり、ウェーハＷ表面を研磨するメカニカル作用が低下するとともに、パッドＰの表面に開口する独立気泡内のスラリーＳが次第に劣化して、ケミカル作用も徐々に低下する。その結果、パッドＰの研磨能力（ウェーハＷの研磨レート）が著しく損なわれる問題が生じる。そこで、このパッドＰの表面に、後述するパッド用コンディショナ１を押し付けて、パッドＰ表面に付着した付着物を削ぎ落として目詰まりを解消し、その表面を粗化することによりメカニカル作用を回復させるとともに、独立気泡内のスラリーＳを掻き出して、新鮮なスラリーＳを改めて供給することによりケミカル作用を回復させ、パッドＰの表面を改質（コンディショニング）する技術が採用される。パッド用コンディショナ１を用いたパッドＰ表面の改質は、ウェーハＷの研磨とは別のタイミングで行ってもよいが、最近では、ウェーハＷの研磨と同時に（Ｉｎ−Ｓｉｔｕ）行うことが多い（図２参照）。

パッド用コンディショナ１には、パッドＰ表面の研磨材として作用するダイヤモンド等の高硬度の超砥粒２が固定されている。この超砥粒２は、パッド用コンディショナ１一個当たり、数百から数万個程度用いられる。一般的な用途（例えば、硬質部材の表面研削用等）に用いられるダイヤモンド砥石等の超砥粒工具においては、その表面に固定された多数の超砥粒２のうち一部が脱落しても、研磨能力が脱落した超砥粒２の数の分だけ低下するだけで、特に大きな問題は生じない。

ところが、ウェーハＷの研磨用として用いるパッド用コンディショナ１においては、超砥粒２が１個脱落しただけで、脱落した超砥粒２がウェーハＷとパッドＰ表面の間に噛み込まれて、完成間近のウェーハＷの表面を傷付けるため、非常に大きなコスト的ダメージを与えるという問題を生じ得る。このため、使用中に超砥粒２が１個たりとも脱落しないように、この超砥粒２を確実に固定する必要がある。このパッド用コンディショナ１の製造方法として、主に電着法とロー付け法がある。

電着法は、図５に示すように、台金１０上に超砥粒１１を配置し、この台金１０の超砥粒１１を配置した面側に金属のメッキ層（例えば、ニッケルメッキ層）からなる金属被膜１２を所定厚さ形成し、超砥粒１１をこの金属被膜１２の中に埋め込んで保持する方法である。超砥粒１１と金属被膜１２との間の結合力は非常に小さいため、超砥粒１１の脱落を防止するためには、この超砥粒１１が金属被膜１２の中に、少なくとも６０％埋め込まれた状態とするのが好ましい。

この電着法を採用したものとして、例えば、特許文献１に示すパッド用コンディショナ（ＣＭＰコンディショナ）がある。このパッド用コンディショナは、導電性スペーサに複数のドーム状の穴と、このドーム状の穴と連通する超砥粒の平均粒径よりも小さい直径を有する円筒形の穴を形成し、この円筒形の穴に、超砥粒を１個ずつ、この超砥粒の先端が導電性スペーサの下面を向くように載置し、電気メッキによって導電性スペーサの上面にメッキ層（ボンド層）からなる金属被膜を形成することにより超砥粒を固着する。同じ大きさの穴に、同じように先端を下向きにして超砥粒を載置することにより、各超砥粒の先端位置が同一平面上にほぼ揃った状態となる。金属被膜の形成による固着後に、導電性スペーサを除去して得た超砥粒層を台金に接着して、パッド用コンディショナを完成させる。すなわち、このパッド用コンディショナは、図６に示すように、台金２０上に接着剤層２１を介して接着された金属被膜２２のドーム状の突起部２２ａの先端に超砥粒２３が１個ずつ配置され、かつ、この突起部２２ａの先端からの超砥粒２３の突出量ｇが、全ての超砥粒２３において、ほぼ揃った状態となっている。

ロー付け法は、図７に示すように、台金３０上に超砥粒３１を配置するとともに、この台金３０上に例えば、銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）、ニッケル−クロム−ホウ素系（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系）等の活性ロー材３２の粉末を散布し、真空、アルゴンガス等の活性ロー材３２の種類に適した雰囲気中で８５０〜９５０℃程度に加熱する。この加熱によって活性ロー材３２が溶融し、活性成分であるチタンやクロムが超砥粒３１と化学的に結合し、強固な固着が達成できる。このロー付け法は、電着法と比較すると短時間で超砥粒３１の固着工程を完了することができる。

上記の各方法においては、超砥粒として、パッドの独立気泡の大きさと同程度の粒径のものが選択される。このようにすれば、この超砥粒の先端部で、パッド表面に開口した独立気泡の内部のスラリーを効率的に掻き出して、その内部に新鮮なスラリーを容易に供給することができる。超砥粒の粒径が大きすぎると、その先端部が独立気泡内に入り込めず、スラリーの掻き出し作用が低下するため好ましくない。

特許第４５０８５１４号公報

図５に示した一般的な電着法は、上述したように、台金１０上に超砥粒１１を配置した上で金属被膜１２（メッキ層）が形成される。この超砥粒１１は、予め分級がなされており、ある程度その大きさは揃っているが、多少の粒径のばらつきは避けられない。このように、粒径にばらつきがある場合、台金１０の表面が超砥粒１１の下端位置を決める基準面となることにより、この超砥粒１１の上端の高さにばらつきが生じる。その結果、粒径の異なる超砥粒１１ごとに金属被膜１２中への埋め込み深さが変わってしまい、平均粒径を基準として金属被膜１２を形成した場合に、粒径の小さな超砥粒１１（１１ａ）が、この金属被膜１２の中に完全に埋め込まれた状態となったり、逆に粒径の大きな超砥粒１１（１１ｂ）の埋め込み深さがこの超砥粒１１を安定的に保持できる基準（通常は６０％程度）を下回って、その保持状態が不安定となったりする問題がある。また、最大粒径の超砥粒１１を基準として金属被膜１２の厚さを決定した場合、この最大粒径の超砥粒１１を適切な埋め込み深さで保持できる一方で、その他の超砥粒１１は、金属被膜１２からの突出量が不十分、あるいは完全に埋め込まれた状態となって、これらの超砥粒１１によるパッドＰ表面の十分な改質作用が発揮されない問題が生じる。

また、図２に示したパッドＰの改質は、超砥粒１１がパッドＰ表面に付着した付着物を削ぎ落とすとともに、独立気泡内の劣化したスラリーを掻き出すことによって行われるが、超砥粒１１ごとにその先端部の高さが異なると、先端部の高さが高い超砥粒１１（１１ｂ）がパッドＰ表面に届いて改質作用を発揮するのに対して、先端部の高さが低い超砥粒１１（１１ｃ）はパッドＰ表面に届かず、改質作用が発揮できない。すなわち、改質作用を発揮する超砥粒１１の数の製品ごとのばらつきが生じやすく、品質が安定しないという問題もある。

また特許文献１に係る電着法（図６参照）は、超砥粒２３の先端位置はほぼ揃っているため、改質作用を発揮する超砥粒２３の数の製品ごとのばらつきは小さい。その一方で、超砥粒２３が、安定保持のためにドーム状の金属被膜２２中に深く（通常は６０％以上）埋め込まれて保持されているため、軟質部材であるパッドＰの表面にパッド用コンディショナを押し付けた際に、超砥粒２３のみならず、この超砥粒２３を支持する金属被膜２２のドーム状の突起部２２ａもパッドＰに接触した状態となることがある。すると、この突起部２２ａが次第に摩耗し、超砥粒２３を安定的に保持できなくなり、パッド用コンディショナ表面から、超砥粒２３が脱落する問題が生じ得る。

その一方で、ロー付け法は、活性ロー材と超砥粒との間の結合力により、両者の間の接触面積が小さくても高い結合強度が確保される。その一方で、一般的な活性ロー材が金属系であるのに対して、超砥粒は活性ロー材よりも比重が小さい素材であるのが一般的であり、図７に示すように、活性ロー材３２を溶融したときに超砥粒３１（３１ａ）が浮き上がったり、超砥粒３１（３１ｂ）同士が凝集したりし易く、超砥粒３１ごとにその先端部の高さが異なって、上記において説明した電着法の場合と同様にパッド用コンディショナの品質が安定しないという問題がある。

超砥粒３１の先端部の高さを揃えるために、活性ロー材３２を溶融させた際に、複数の超砥粒３１の上端部に、平板等の部材を押し付けることも考えられる。しかしながら、この場合、超砥粒３１の上端部の位置は揃うものの、前記部材の平坦部と、超砥粒３１の平坦部が安定的に当接し、活性ロー材３２の固化後に、超砥粒３１の尖った部分ではなく、改質作用の小さい平坦部がパッド用コンディショナの表面に揃った状態となる。このため、表面に尖った部分を揃えた場合と比較して、パッドＰの改質作用が大幅に低下する問題がある。

電着法やロー付け法以外にも、超砥粒を台金上に保持するために、メタルボンド（金属系ボンド材）、レジンボンド（樹脂系ボンド材）、ビトリファイドボンド（ガラス質系ボンド材）等を使用する方法もある。しかしながら、いずれも各ボンド材と超砥粒との間の結合力が小さいため、超砥粒周囲のボンド材が摩耗して超砥粒の保持力が低下すると、この超砥粒がボンド材から外れて脱落しやすいという問題があり、採用するのは難しい。

そこで、この発明は、超砥粒の脱落を確実に防止するとともに、超砥粒によるパッドの改質作用を高めることを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明は、一平面内に配置された複数の超砥粒と、前記一平面と平行な平坦部と、前記超砥粒の配置位置に対応して前記一平面側に向かって起立する突起部と、を有し、前記突起部において、前記複数の超砥粒の先端を露出させつつ、その周囲から保持する金属被膜と、前記金属被膜の前記突起部の起立方向とは反対側の面側に、前記超砥粒の後端部を包むように積層された板状の活性ロー材と、前記活性ロー材の前記金属皮膜とは反対側の面に設けられ、前記活性ロー材を支持する台金と、を備えたパッド用コンディショナを構成した。

この構成においては、超砥粒の後端側と活性ロー材が強固に結合しているため、パッド用コンディショナの使用中に、その表面から超砥粒が脱落してウェーハの表面を傷付けるのを確実に防止することができる。

前記構成においては、前記超砥粒の先端と前記平坦部との間の段差の大きさが、前記超砥粒の平均粒径の１．０倍以上とするのが好ましい。このようにすれば、超砥粒の先端が、平坦部から十分突出した状態となる。このため、スラリーの供給をスムーズに行うことができるとともに、パッドの改質作業の際に、パッドに付着した付着物を効率的に削ぎ落とすことができる。さらに、パッド表面と平坦部が接触して、この平坦部が摩耗するのを極力防止することができる。

前記各構成においては、前記平坦部から測定した前記複数の超砥粒の先端位置のばらつきが、前記超砥粒の平均粒径の１／１０以下の範囲内とするのが好ましい。超砥粒の先端位置のばらつきをこの範囲内とすることにより、ほぼ全ての数の超砥粒をパッド表面の改質に寄与させることができる。このため、製品ごとのパッドの改質作用のばらつきを抑制することができ、パッド用コンディショナの安定した品質を確保することができる。

前記各構成においては、前記超砥粒が、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素であるのが好ましい。これらを選択することにより、上述したように、使用中の超砥粒の脱落によってウェーハの表面を傷付けるのを防止するとともに、その高い硬度と角張った形状によって、高いパッドの改質作用を発揮し得る。

また、上記の課題を解決するため、この発明は、表面側に複数の先細状の凹部を形成するとともに、この凹部の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔を形成した型枠の前記凹部内に、前記裏面側から前記貫通孔内の空気を吸引しつつ超砥粒を一つずつ設置する工程と、前記吸引によって前記凹部内に前記超砥粒が嵌り込んだ状態で、前記型枠の表面側に、所定厚さの金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜の形成後に、前記型枠の表面側に、前記超砥粒の後端側を包むように活性ロー材を設ける工程と、前記活性ロー材に台金を押し付けつつ加熱して、前記活性ロー材と、前記超砥粒及び前記台金とを密着させる工程と、を備えたパッド用コンディショナの製造方法を構成した。

この製造方法によれば、上述の電着法及びロー付け法の諸問題を解決しつつ、それぞれの方法の長所を活かすことができる。すなわち、型枠の凹部内に超砥粒を設置することにより、この超砥粒の先端の高さが揃った状態となる。また、活性ロー材を溶融して超砥粒を固定する工程に先立って、金属被膜を形成することにより、型枠に対してこの超砥粒が仮固定された状態となり、その後に活性ロー材を溶融する工程を行っても、その溶融に伴って超砥粒が浮き上がったり、超砥粒同士が凝集したりするのを防止することができる。このため、パッド用コンディショナの安定した品質が確保される。しかも、超砥粒の後端側と活性ロー材が化学的に強固に結合しているため、パッド用コンディショナの使用中に、その表面から超砥粒が脱落してウェーハの表面を傷付けるのを確実に防止することができる。

また、型枠と活性ロー材との間に金属被膜を介在させると、金属被膜と型枠（一般的にはセラミック製又は樹脂製）との間の密着力が小さいことから、この金属被膜が離型剤として作用する。このため、製造工程の終了時においてこの型枠を容易に剥離することができ、剥離の際に型枠が損傷するのを防止できるとともに、その剥離工程をスムーズに進めることができる。この金属被膜の形成には、電気メッキ法が一般的に採用される。

前記構成においては、前記型枠に、熱膨張率が９×１０^−６／Ｋ以上１３×１０^−６／Ｋ以下の素材を用いるのが好ましい。上記工程で用いられる台金の素材として、ステンレス鋼（例えばＳＵＳ４３０）や炭素鋼を用いるのが一般的であり、その熱膨張率は１０〜１２×１０^−６／Ｋ程度である。型枠の熱膨張率を上記の範囲内とすることにより、ロー付け工程後における型枠と台金との間の歪みを非常に小さくすることができ、パッド用コンディショナの品質を一層高めることができる。型枠の素材として、チタン酸カルシウム系、フォルステライト系、ジルコニア系等の各セラミックを採用するのが好ましい。これらのセラミックは、比較的熱膨張率が高く、台金として通常用いられるステンレス鋼等の素材との間において、熱膨張率の整合性が高いためである。

あるいは、表面側に複数の先細状の凹部を形成するとともに、この凹部の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔を形成した型枠の前記凹部内に、前記裏面側から前記貫通孔内の空気を吸引しつつ超砥粒を一つずつ設置する工程と、前記吸引によって前記凹部内に前記超砥粒が嵌り込んだ状態で、前記型枠の表面側に、所定厚さの金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜を、前記超砥粒がこの金属被膜に保持された状態のまま前記型枠から剥離する工程と、剥離した前記金属被膜に、前記超砥粒の後端側を包むように活性ロー材を設ける工程と、前記活性ロー材に台金を押し付けつつ加熱して、前記活性ロー材と、前記超砥粒及び前記台金とを密着させる工程と、を備えたパッド用コンディショナの製造方法を採用することもできる。

このように、活性ロー材を設ける工程の前に型枠から金属被膜を剥離すれば、活性ロー材を設ける工程における台金と型枠との間の熱膨張率の差が問題とはならないのに加えて、型枠に耐熱性も要求されない。このため、例えば、この型枠の素材として、汎用の樹脂材のように安価なものを採用することができるとともに、活性ロー材工程を経ることなく、この型枠を再使用することができるため、パッド用コンディショナの製造コストの削減を図ることができる。

前記各製造方法においては、前記金属被膜の膜厚を、前記超砥粒の平均粒径の１／１００以上２０／１００以下とするのが好ましい。この金属被膜は、上述したように、型枠に対して超砥粒を仮固定する役目を有するところ、その膜厚をこの範囲内とすることにより、その役目を確実に発揮することができる。この膜厚が、超砥粒の平均粒径の１／１００よりも小さいと、金属被膜による仮固定作用が十分に発揮されない問題があり、２０／１００よりも大きいと、超砥粒と活性ロー材との間の接触面積の減少が顕著となって、活性ロー材による超砥粒の保持安定性が低下する問題がある。この平均粒径の範囲は、３／１００以上２０／１００以下とするのがより好ましく、５／１００以上１０／１００以下とするのがさらに好ましい。

前記各製造方法においては、前記型枠の表面に電気伝導被膜を形成するのが好ましい。このように、電気伝導被膜を形成することにより、電気伝導性を有しない素材も型枠の素材として採用することができ、型枠のコスト削減につながる可能性がある。この電気伝導被膜の形成方法として、例えば、蒸着法、スパッタ法、化学メッキ法等を採用することができる。

前記各製造方法においては、前記貫通孔の直径が、前記超砥粒の平均粒径の２０％以上７５％以下の範囲内であるのが好ましい。貫通孔の直径をこの範囲内とすることにより、この貫通孔内に超砥粒の先端を適切な深さ嵌り込むようにすることができる。この貫通孔の直径が、超砥粒の平均粒径の２０％よりも小さいと、パッド用コンディショナ表面からの超砥粒の突出量が小さくなり、この超砥粒によるパッドの十分な改質作用が得られず、７５％よりも大きいと、貫通孔内への超砥粒の入り込み量が大きくなり、超砥粒と活性ロー材との接触面積が小さくなって、超砥粒の保持状態が不安定になる問題がある。

前記各製造方法においては、前記超砥粒が、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素（ＣＢＮ）であるのが好ましい。これらの素材は、活性ロー材との化学的な結合によって高い保持信頼性を有しているため、使用中に超砥粒が脱落してウェーハの表面を傷付ける恐れがない。しかも、高い硬度を有するとともに角張った形状をしているため、高いパッドの改質作用を発揮し得る。

この発明では、表面側に複数の先細状の凹部を形成するとともに、この凹部の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔を形成した型枠の前記凹部内に、前記裏面側から前記貫通孔内の空気を吸引しつつ超砥粒を一つずつ設置する工程と、前記吸引によって前記凹部内に前記超砥粒が嵌り込んだ状態で、前記型枠の表面側に、所定厚さの金属被膜を形成する工程と、前記金属被膜の形成後に、前記型枠の表面側に、前記超砥粒の後端側を包むように活性ロー材を設ける工程と、前記活性ロー材に台金を押し付けつつ加熱して、前記活性ロー材と、前記超砥粒及び前記台金とを密着させる工程と、を備えたパッド用コンディショナの製造方法を構成した。

この製造方法においては、型枠の凹部内に超砥粒を設置することにより、この超砥粒の先端の高さが揃った状態となる。また、活性ロー材を溶融して超砥粒を固定する工程に先立って、金属被膜を形成することにより、型枠に対してこの超砥粒が仮固定された状態となり、このため、その後に活性ロー材工程を行っても、その溶融に伴って超砥粒が浮き上がったり、超砥粒同士が凝集したりするのが防止される。このため、パッド用コンディショナの安定した品質を確保することができる。しかも、超砥粒の後端側と活性ロー材が化学的に強固に結合しているため、パッド用コンディショナの使用中に、その表面から超砥粒が脱落してウェーハの表面を傷付けるのを確実に防止することができる。

本願発明に係るパッド用コンディショナを示す縦断面図 図１に示すパッド用コンディショナの使用状態を模式的に示す側面図 本願発明に係るパッド用コンディショナの製造方法の工程を示す縦断面図であって、（ａ）は型枠に凹部等を加工した状態、（ｂ）は凹部内に超砥粒を入れた状態、（ｃ）は余分な超砥粒を脱落させた状態 本願発明に係るパッド用コンディショナの製造方法の工程を示す縦断面図であって、（ｄ）は型枠の表面に金属被膜を形成した状態、（ｅ）は台金及び活性ロー材を設けてホットプレスを行った状態、（ｆ）は型枠を剥離した状態 本願発明に係るパッド用コンディショナの製造方法の工程を示す縦断面図であって、（ａ）は型枠の表面に金属被膜を形成した状態、（ｂ）は型枠から金属被膜を剥離しつつある状態、（ｃ）は台金及び活性ロー材を設けてホットプレスを行った状態 一般的な電着法で超砥粒を固定した状態を示す縦断面図 一般的な電着法の改善例を示す縦断面図 一般的なロー付け法で超砥粒を固定した状態を示す縦断面図

本願発明に係るパッド用コンディショナ１の縦断面図を図１に示す。このパッド用コンディショナ１は、一平面内に配置された複数の超砥粒２と、金属被膜３と、活性ロー材４と、台金５とを主な構成要素としている。

複数の超砥粒２は合成ダイヤモンドであって、その粒径は、ＪＩＳＢ４１３０で規定される粒度＃１００／１２０の粒径範囲内に管理されている。この合成ダイヤモンドは、尖った部分と平坦な面を有しており、このうち尖った部分が先端（本図では上方）を向くように配置されている。また、この複数の超砥粒２の尖った部分の先端位置のばらつきは、この超砥粒２の平均粒径の１／１０以下の範囲内である。先端位置のばらつきをこの範囲内とすることにより、ほぼ全ての数の超砥粒２を一様にパッドＰ（後述する図２参照）の表面の改質に寄与させることができ、パッド用コンディショナ１の安定した品質を確保することができる。

金属被膜３は、電気メッキによって形成されたニッケル被膜であって、その膜厚は超砥粒２の平均粒径の１０／１００程度である。この金属被膜３は、前記一平面と平行な平坦部３ａと、超砥粒２の配置位置に対応して前記一平面側に向かって起立する円錐状の突起部３ｂとを有する。この突起部３ｂにおいて、複数の超砥粒２は、その先端を露出しつつ、その周囲から金属被膜３によって保持されている。

活性ロー材４として、ニッケル−クロム−ホウ素系（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系）のものを採用した。この活性ロー材４は、金属被膜３の突起部３ｂの起立方向とは反対の面側に、超砥粒２の後端側を包むように積層され、板状の層を構成している。そして、超砥粒２との間で化学的に結合する性質を有し、超砥粒２を強固に保持することができる。活性ロー材４として、これ以外に銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）等を採用することもできる。

台金５は、後述する製造工程におけるホットプレス（８５０〜９５０℃程度）に耐える素材であればよく、例えばステンレス（ＳＵＳ４３０）製の円板が採用される。この台金５は、活性ロー材４の金属被膜３を設けたのと反対側の面に設けられ、この活性ロー材４を支持する役目を有する。

上記のように構成されたパッド用コンディショナ１は、図２に示すように、ウェーハＷの表面を研磨するＣＭＰ装置に、その表面が回転定盤Ｔに張り付けたパッドＰと接触するように取り付けられる。そして、ウェーハＷのＣＭＰ工程とともに、又はＣＭＰ工程とは別のタイミングで、パッドＰ表面の付着物を削ぎ落として目詰まりを解消し、その表面を粗化するとともに、パッドＰ表面の独立気泡内のスラリーＳを掻き出して、新鮮なスラリーＳを改めて供給することによる、パッドＰ表面の改質が行なわれる。本願発明に係るパッド用コンディショナ１は、超砥粒２が活性ロー材４によって強固に結合されているため、活性ロー材４からの超砥粒２の突出量ｇを大きめとしても（活性ロー材４への超砥粒２の埋め込み深さを６０％よりも小さくしても）、使用中に超砥粒２が脱落して、完成直前の非常に高価なウェーハＷの表面を傷付ける問題は生じない。また、複数の超砥粒２の先端位置が揃っているため（図１中に示した破線参照）、このパッド用コンディショナ１の安定した品質を確保することができる。

本願発明に係るパッド用コンディショナ１の製造方法の第一実施形態について、図３Ａ及び図３Ｂを用いて説明する。

まず、このパッド用コンディショナ１を製造するための型枠６（外径Φ３０ｍｍ、内径Φ１０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状）を用意する。この型枠６の素材として、例えば、チタン酸カルシウム系のセラミックを採用することができる。このチタン酸カルシウム系セラミックは、１０００℃以上の耐熱性を有し、後述するホットプレス処理（処理温度：８５０〜９５０℃）にも十分耐えることができる。また、台金５の素材として用いられることが多いステンレス（ＳＵＳ４３０）の熱膨張率と大きく異ならない熱膨張率（１２．１×１０^−６／Ｋ）を有し、ホットプレス処理における加熱によって、型枠６と台金５との間の歪みを非常に小さくすることができ、パッド用コンディショナ１の品質を一層高めることができる。この型枠６の素材として、上記以外に、フォルステライト、ジルコニア等のセラミックを使用することもできる。

この型枠６には、先端角が４５度の先細形状のダイヤモンド工具を用いて、その表面側に、超砥粒２を設けたい箇所に対応するそれぞれの位置に、表面側から奥に向かうほど細くなる、深さが１ｍｍの総数３１０個の先細状（円錐状）の凹部６ａが形成される。さらに、レーザ加工装置を用いて、この凹部６ａの先端（円錐頂部）と連通し、この型枠６の裏面側に貫通する直径が０．１０ｍｍの貫通孔６ｂが形成されている（図３Ａ（ａ）参照）。凹部６ａ同士の間隔は適宜決めることができるが、超砥粒２の平均粒径の１倍以上２００倍以下とするのが、パッドＰ表面の改質作用を確保する上で好ましい。なお、凹部６ａの形状は先細状の先端に超砥粒２の尖った部分が嵌り込むものであればよく、円錐状の代わりに角錐状とすることもできる。

さらに、この型枠６上に電気メッキを行うことができるように、その表面側に金属膜を形成する。この金属膜の形成には、例えばスパッタリング装置等を用いることができるが、その方法はこれに限定されない。この金属膜の種類としては、ニッケル、タングステン等を採用することができる。なお、この金属膜は図３Ａ（ａ）中には図示されていない。

この凹部６ａ内に、ＪＩＳＢ４１３０で規定される粒度＃１００／１２０の粒径範囲内に管理された合成ダイヤモンドからなる超砥粒２を撒く。これにより、各凹部６ａ内に、複数の超砥粒２が入った状態となる。この状態で、型枠６の裏面側（貫通孔６ｂが開口している面側）から、真空ポンプ等を用いて貫通孔６ｂ内の空気を吸引する。すると、この貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２のみが空気とともに貫通孔６ｂ側に吸引された状態となる（図３Ａ（ｂ）参照）。このとき、型枠６に適度な振動を加えると、超砥粒２は尖った箇所が貫通孔６ｂ内に向いた状態で安定する。空気を吸引しつつ、型枠６を逆さまにして軽く振動させると、貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２以外の超砥粒２が脱落して、各凹部６ａ内に超砥粒２が１個ずつ設置された状態となる（図３Ａ（ｃ）参照）。

この状態で、型枠６をメッキ槽の中に静かに置き、各凹部内６ａに設置された超砥粒２が動かないように、このメッキ槽の中に少しずつメッキ液を充填する。好ましいメッキ液はニッケル電解メッキ液であり、その種類はワット浴、スルファミン酸浴のいずれでもよい。メッキ液の充填が完了したら、型枠６に形成した金属膜部分にメッキ電源装置の陰極を接続し、例えば、メッキ時間が１時間、電流密度が１Ａ／ｄｍ^２の条件でメッキ処理を行う。このメッキ処理によって、平均で１２μｍの膜厚の金属被膜３（ニッケルメッキ層）が形成される（図３Ｂ（ｄ）参照）。なお、金属被膜３を形成したくない部分には、予めメッキ防止塗料を塗布して、メッキ液が型枠６上のその部分に接液しないようにしておく。

なお、図３Ｂ（ｄ）〜（ｆ）においては、型枠６の表面に形成した金属被膜３を見やすくするために、その膜厚を誇張して描いているが、その膜厚は、実際には、超砥粒２の粒径（例えば０．１５〜０．３ｍｍ）に対し、１／１００〜２０／１００程度の非常に薄い膜である。

このようにメッキ処理によって、ニッケルからなる金属被膜３を形成した後に、型枠６の上下を逆転し、型枠６の金属被膜３を形成した面側に、活性ロー材４である粉末状のニッケル−クロム−ホウ素系（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系）を介在させつつ台金５（外径Φ３０ｍｍ、厚み１０ｍｍの円板状（素材：ＳＵＳ４３０））を設ける。この活性ロー材４として、その他に、銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）等を採用することもできる。また、粉末状の活性ロー材４を用いる代わりに、金属被膜３の外形形状に合わせて加工された板状のものを用いることもできる。

活性ロー材４を介在させた状態で、真空ホットプレス装置内に搬入し、装置内を真空ポンプで１０^−３Ｐａまで減圧した後に、Ａｒ−５％Ｈ_２ガスで置換する。なお、活性ロー材４としてＣｕ−Ａｇ−Ｔｉ系のものを用いる場合は、真空又はＡｒ等の不活性ガス雰囲気中で処理を行う。引き続いて、型枠６をその上方からプレスで加圧しつつ９５０℃まで昇温する（ホットプレス処理）（図３Ｂ（ｅ）参照）。置換ガスの組成や、ホットプレス処理の温度は、加圧条件や活性ロー材４の種類等の諸条件によって、適宜変更することができる。

このホットプレス処理によって活性ロー材４が溶融し、金属被膜３と台金５が活性ロー材４を介して密着した状態となる。ホットプレス装置から搬出して冷却した後に、金属被膜３から型枠６を剥離すると、台金５の表面に所定間隔で超砥粒２が配置されたパッド用コンディショナ１が得られる（図３Ｂ（ｆ）参照）。型枠６の表面に形成された金属被膜３は、超砥粒２だけでなく型枠６との密着性も低いため、この剥離の際に、離型剤としての作用も奏する。このため、この剥離作業をスムーズに行うことができる。このようにして得られたパッド用コンディショナ１は、超砥粒２の後端側と活性ロー材４が強固に結合しているため、その使用中に、その表面から超砥粒２が脱落してウェーハＷ（図２参照）の表面を傷付けるのを確実に防止することができる。

本願発明に係るパッド用コンディショナ１の製造方法の第二実施形態について、図３Ａ及び図４を用いて説明する。

この第二実施形態に係る製造方法は、型枠６の素材として、耐熱性を有しないプラスチック樹脂材を使用した場合に主に採用される。まず、このパッド用コンディショナ１を製造するための型枠６（外径Φ３０ｍｍ、内径Φ１０ｍｍ、厚み５ｍｍの円板状）を用意する。この型枠６には、その成形工程において、又は所定の工具を用いて、その表面側に超砥粒２を設けたい箇所に対応するそれぞれの位置に、表面側から奥に向かうほど細くなる、深さが１ｍｍの総数３１０個の先細状（円錐状）の凹部６ａと、この凹部６ａの先端（円錐頂部）と連通し、この型枠６の裏面側に貫通する直径が０．１０ｍｍの貫通孔６ｂが形成されている（図３Ａ（ａ）参照）。この凹部６ａと貫通孔６ｂの形状は、第一実施形態に係る型枠６に形成したものと同じであるが、異なる形状とすることもできる。

この実施形態で用いた樹脂材は、ＡＢＳ樹脂にグラファイトを所定量練り込んだ導電性プラスチック樹脂材である。導電性のない樹脂材を用いる場合は、型枠６を所定形状に成形した後に、凹部６ａを形成した面側に金属膜を形成する。この金属膜の形成には、例えばスパッタリング装置等を用いることができるが、その方法はこれに限定されない。この金属膜の種類としては、ニッケル、タングステン等を採用することができる。なお、この金属膜は図３Ａ（ａ）中には図示されていない。

第一実施形態に係る製造方法と同様に、型枠６の凹部６ａ内に、ＪＩＳＢ４１３０で規定される粒度＃１００／１２０の粒径範囲内に管理された合成ダイヤモンドからなる超砥粒２を撒く。これにより、各凹部６ａ内に、複数の超砥粒２が入った状態となる。この状態で、型枠６の裏面側（貫通孔６ｂが開口している面側）から、真空ポンプ等を用いて貫通孔６ｂ内の空気を吸引する。すると、この貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２のみが空気とともに貫通孔６ｂ側に吸引された状態となる（図３Ａ（ｂ）参照）。このとき、型枠６に適度な振動を加えると、超砥粒２は尖った箇所が貫通孔６ｂ内に向いた状態で安定する。空気を吸引しつつ、型枠６を逆さまにすると、貫通孔６ｂに最も近い超砥粒２以外の超砥粒２が脱落して、各凹部６ａ内に超砥粒２が１個ずつ設置された状態となる（図３Ａ（ｃ）参照）。

この状態で、型枠６をメッキ槽の中に静かに置き、各凹部６ａ内に設置された超砥粒２が動かないように、このメッキ槽の中に少しずつメッキ液を充填する。好ましいメッキ液はニッケル電解メッキ液であり、その種類はワット浴、スルファミン酸浴のいずれでもよい。メッキ液の充填が完了したら、型枠６に形成した金属膜部分にメッキ電源装置の陰極を接続し、例えば、メッキ時間が１時間、電流密度が１Ａ／ｄｍ^２の条件でメッキ処理を行う。このメッキ処理によって、平均で１２μｍの膜厚の金属被膜３（ニッケルメッキ層）が形成される（図４（ａ）参照）。なお、金属被膜３を形成したくない部分には、予めメッキ防止塗料を塗布して、メッキ液が型枠６上のその部分に接液しないようにしておく。

なお、図４（ａ）〜（ｃ）においては、型枠６の表面に形成した金属被膜３を見やすくするために、その膜厚を誇張して描いているが、その膜厚は、実際には、超砥粒２の粒径（例えば０．１５〜０．３ｍｍ）に対し、１／１００〜２０／１００程度の非常に薄い膜である。

次に、型枠６表面に形成した金属被膜３を、超砥粒２とともにこの型枠６から剥離する（図４（ｂ）参照）。型枠６の表面に形成された金属被膜３は、超砥粒２だけでなく型枠６との密着性も低いため、この剥離の際に、離型剤としての作用も奏する。このため、この剥離作業をスムーズに行うことができる。この金属被膜３は、剥離した型枠６の表面に沿う平坦部３ａと、この平坦部３ａから起立する円錐状の突起部３ｂとを有している。

さらに、超砥粒２を保持した状態の金属被膜３を、この金属被膜３を形成する際に用いた樹脂材の型枠６と同一形状であって、耐熱性を有するチタン酸カルシウム（熱膨張率：１２．１×１０^−６／Ｋ）からなるロー付け治具（図示せず）に載置する。そして、ロー付け治具に載置した金属被膜３に、活性ロー材４である粉末状のニッケル−クロム−ホウ素系（Ｎｉ−Ｃｒ−Ｂ系）を介在させつつ台金５（外径Φ３０ｍｍ、厚み１０ｍｍの円板状（素材：ＳＵＳ４３０））を設ける。この活性ロー材４として、その他に、銅−銀−チタン系（Ｃｕ−Ａｇ−Ｔｉ系）等を採用することもできる。

活性ロー材４を介在させた状態で、真空ホットプレス装置内に搬入し、装置内を真空ポンプで１０^−３Ｐａまで減圧した後に、Ａｒ−５％Ｈ_２ガスで置換する。引き続いて、プレスで加圧しながら９５０℃まで昇温する（ホットプレス処理）。置換ガスの組成や、ホットプレス処理の温度は、加圧条件や活性ロー材４の種類等の諸条件によって、適宜変更することができる。

このホットプレス処理によって活性ロー材４が溶融し、金属被膜３と台金５が活性ロー材を介して密着した状態となる。ホットプレス装置から搬出して冷却した後に、金属被膜３からロー付け治具を剥離すると、台金５の表面に所定間隔で超砥粒２が配置されたパッド用コンディショナ１が得られる（図４（ｃ）参照）。このようにして得られたパッド用コンディショナ１は、超砥粒２の後端側と活性ロー材４が強固に結合しているため、その使用中に、その表面から超砥粒２が脱落してウェーハの表面を傷付けるのを確実に防止することができる。

この第二実施形態のように、型枠６の素材として、セラミックと比較して安価な樹脂材を用いることにより、パッド用コンディショナ１の製造コストを大幅に抑制することができる。また、活性ロー材工程の前に型枠６を剥離し、この型枠６を別のパッド用コンディショナ１の製造に使用することができるので、この型枠６の使用効率が高く、さらなる製造コストの抑制を図ることができる。

上記各実施形態に係る製造方法によって得られた外径Φ３０ｍｍのパッド用コンディショナ１は、ペレットタイプと称され、外径Φ１００〜３００ｍｍの台金５に、４〜３０個のねじでねじ止めした状態でパッド用コンディショナ１として使用される場合もある。

上記において説明したパッド用コンディショナ１及びその製造方法はあくまでも一例である。超砥粒２の脱落を確実に防止するとともに、超砥粒２による改質作用を高める、という本願発明の課題を解決し得る限りにおいて、その構成を適宜変更することが可能である。

１ パッド用コンディショナ
２ 超砥粒
３ 金属被膜
３ａ 平坦部
３ｂ 突起部
４ 活性ロー材
５ 台金
６ 型枠
６ａ 凹部
６ｂ 貫通孔
Ｗ ウェーハ
Ｔ 回転定盤
Ｐ パッド
Ｓ スラリー

Claims (7)

1. 表面側に複数の先細状の凹部（６ａ）を形成するとともに、この凹部（６ａ）の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔（６ｂ）を形成した型枠（６）の前記凹部（６ａ）内に、前記裏面側から前記貫通孔（６ｂ）内の空気を吸引しつつ超砥粒（２）を一つずつ設置する工程と、
   前記吸引によって前記凹部（６ａ）内に前記超砥粒（２）が嵌り込んだ状態で、前記型枠（６）の表面側に、所定厚さの金属被膜（３）を形成する工程と、
   前記金属被膜（３）の形成後に、前記型枠（６）の表面側に、前記超砥粒（２）の後端側を包むように活性ロー材（４）を設ける工程と、
   前記活性ロー材（４）に台金（５）を押し付けつつ加熱して、前記活性ロー材（４）と、前記超砥粒（２）及び前記台金（５）とを密着させる工程と、
   を備えたパッド用コンディショナの製造方法。
2. 前記型枠（６）に、熱膨張率が９×１０^−６／Ｋ以上１３×１０^−６／Ｋ以下の素材を用いた請求項１に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
3. 表面側に複数の先細状の凹部（６ａ）を形成するとともに、この凹部（６ａ）の先端と連通し裏面側に貫通する貫通孔（６ｂ）を形成した型枠（６）の前記凹部（６ａ）内に、前記裏面側から前記貫通孔（６ｂ）内の空気を吸引しつつ超砥粒（２）を一つずつ設置する工程と、
   前記吸引によって前記凹部（６ａ）内に前記超砥粒（２）が嵌り込んだ状態で、前記型枠（６）の表面側に、所定厚さの金属被膜（３）を形成する工程と、
   前記金属被膜（３）を、前記超砥粒（２）がこの金属被膜（３）に保持された状態のまま前記型枠（６）から剥離する工程と、
   剥離した前記金属被膜（３）に、前記超砥粒（２）の後端側を包むように活性ロー材（４）を設ける工程と、
   前記活性ロー材（４）に台金（５）を押し付けつつ加熱して、前記活性ロー材（４）と、前記超砥粒（２）及び前記台金（５）とを密着させる工程と、
   を備えたパッド用コンディショナの製造方法。
4. 前記金属被膜（３）の膜厚を、前記超砥粒（２）の平均粒径の１／１００以上２０／１００以下とした請求項１から３のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
5. 前記型枠（６）の表面に電気伝導被膜を形成した請求項１から４のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
6. 前記貫通孔（６ｂ）の直径が、前記超砥粒（２）の平均粒径の２０％以上７５％以下の範囲内である請求項１から５のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナの製造方法。
7. 前記超砥粒（２）が、ダイヤモンド又は立方晶窒化ホウ素である請求項１から６のいずれか１項に記載のパッド用コンディショナの製造方法。

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