JP2004130475A - Cmp pad conditioner - Google Patents
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Abstract
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．４，１９９６ ４９３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（ＳｉＯ２）
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】
【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】
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[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to CMP (Chemical Mechanical Polishing), and more particularly to a CMP pad conditioner that improves a conditioning effect of a polishing pad.
[0002]
[Prior art]
As a conventional CMP pad conditioner, an electrodeposition conditioner in which abrasive grains are fixed to a base metal by plating is mainly used. (For example, see Non-Patent Document 1, Non-Patent Document 2, and Non-Patent Document 3)
[0003]
[Non-patent document 1]
Journal of the Japan Society for Precision Engineering, Vol. 62, No. 4, 1996 493 [Non-Patent Document 2]
Proceedings of the 1997 Academic Lecture Meeting of the Japan Society of Abrasive Processing, 77 pages [Non-Patent Document 3]
Academic Lecture Meeting of the Japan Society of Abrasive Processing 1999, 311 pages
FIG. 5 shows an example of this conventional CMP pad conditioner.
FIG. 5 is a diagram showing an upper surface of a conventional CMP pad conditioner, in which abrasive grains are fixed to a flat surface of a base metal to form an
The life of a CMP pad conditioner is usually determined by a decrease in the polishing rate of the wafer and a decrease in the flatness of the wafer. When observing the abrasive grains of the CMP pad conditioner determined to have reached the end of its service life, the tips of the abrasive grains are entirely worn. It is considered that the flatness of the wafer is deteriorated.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
Such abrasion of the tip of the abrasive grains is caused by uniform wear of the entire abrasive grains due to use because the abrasive layer has a single layer and the tip heights of the abrasive grains are uniform.
In order to prevent the entire abrasive grains from being uniformly worn, it is conceivable to use 1.5 or 2 abrasive grain layers. Although the whole can be prevented from being uniformly worn, the holding power of the abrasive grains in the upper layer portion is not stable, and the possibility of the abrasive grains falling off during use increases.
In addition, by forming a single layer of abrasive grains and using a large grain size and a small grain size abrasive grain to increase the difference between the tip heights of the abrasive grains, the abrasive grains with large protrusions are worn. After that, it is conceivable to use abrasive grains having a small protrusion. However, according to this method, the amount of the abrasive grains having a large particle diameter retained in the binder is reduced, so that the abrasive grains are more likely to fall off during use. Further, widening the distribution of the particle size of the abrasive grains is not preferable because it degrades the quality of the CMP pad conditioner.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a CMP pad conditioner capable of maintaining sharpness while maintaining abrasive grain holding power.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above problems, a CMP pad conditioner of the present invention is a CMP pad conditioner in which abrasive grains made of diamond or cBN are fixed to a base metal. And abrasive grains are fixed to both the upper and lower sections to form an abrasive layer, and the height of the tip of the abrasive grains is different.
By adopting such a configuration, since the abrasive grains having substantially the same diameter are fixed to form a single abrasive layer, the abrasive grains have excellent holding power, and the abrasive grains do not easily fall off during use. After the wear of the abrasive grains in the upper abrasive layer has progressed, the abrasive grains in the lower abrasive layer can act, preventing uniform wear of the abrasive grains and improving the life. Can be done.
[0007]
The size of the step of the base metal is preferably 10% to 30% of the average particle size of the abrasive grains. Thereby, the wear of the abrasive grains can be effectively transferred from the upper part to the lower part, and the life of the CMP pad conditioner can be improved.
If the step size of the base metal is less than 10% of the average grain size of the abrasive grains, the difference in the amount of protrusion between the abrasive grains fixed to the upper section and the abrasive grains fixed to the lower section is small. It is difficult to obtain the effect due to the difference in the amount of protrusion of the abrasive grains. Further, if the step size of the base metal exceeds 30% of the average grain size of the abrasive grains, the step size is too large, so that even after the abrasive grains in the upper section are worn, the abrasive grains in the lower section cannot act, and The load applied to the abrasive grains increases, shortening the life.
It is preferable that the area of the abrasive layer formed in the upper portion is 1/3 to 2/3 of the total area of the abrasive layer. Thereby, the wafer polishing rate can be improved.
When the area of the abrasive layer formed on the upper portion is less than 1/3 of the total area of the abrasive layer, the number of abrasive particles fixed on the upper portion is small, so that the wafer polishing rate decreases, If the area of the abrasive layer formed in the step (2) exceeds ／ of the total area of the abrasive layer, the number of abrasive particles fixed to the lower portion is small, and the wafer polishing rate is reduced.
It is preferable that the number of abrasive grains in the outer peripheral portion of the abrasive layer be larger than the number of abrasive particles in the inner peripheral portion. Since the CMP pad conditioner is rotated and used, the peripheral speed increases as the position is closer to the outer periphery, and the abrasive grains are more likely to be worn. The abrasive layer can be formed in accordance with the degree of abrasion, and the sharpness can be stabilized.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
FIG. 1A shows an upper surface of an example of a CMP pad conditioner of the present invention, and FIG. 1B shows a state in which abrasive grains are fixed to a base metal. .
1A and 1B, the
[0009]
The
[0010]
By adjusting the size of the
In addition, by adjusting the area ratio between the
The shape of the
An example is shown in FIG. FIG. 2A shows a radial shape in which
[0011]
Further, it is preferable to increase the number of abrasive grains as the distance from the inner
[0012]
Hereinafter, specific examples will be described.
(Test example)
A CMP pad conditioner having the shape shown in FIG. 1 was produced. Diamond abrasive grains having an average particle size of 150 μm were fixed to a base metal having an outer diameter of 100 mm and a thickness of 6 mm by Ni plating at intervals of 0.2 mm.
A processing test was performed using this CMP pad conditioner. The conditions of the processing test are as follows.
Machine used: Noritake ultra-precision single-side polishing machine Pad: IC1000SUBA400
Wafer: interlayer insulating film (SiO 2 )
Load: 50N
Table rotation speed: 30 min - 1
Dresser rotation speed: 40 min - 1
Processing time: 30Hr
In Test 1, the life of the CMP pad conditioner was investigated by changing the step size of the base metal. Table 1 shows the steps of the base metal.
[0013]
[Table 1]
[0014]
The test results of Test 1 are shown in FIG. In FIG. 3, the life of the conventional product is shown as 100.
As can be seen from FIG. 3, when the step size is less than 5% of the average grain size of the abrasive grains, the effect of providing the step cannot be obtained, and the step size is 10% to 30% of the average grain size of the abrasive grains. The effect of providing the step in the range is best exhibited, and the life is improved. This is because the wear of the abrasive grains has been effectively transferred from the upper-stage abrasive grains to the lower-stage abrasive grains.
On the other hand, if the step size exceeds 30% of the average grain size of the abrasive grains, the effect of providing the step cannot be obtained. This is because, because the step size is too large, even after the abrasive grains in the upper section are worn, the abrasive grains in the lower section cannot act, the load applied to each abrasive grain increases, and the life is shortened. .
From the above results, it was confirmed that the life was significantly improved when the step size was in the range of 10% to 30% of the average grain size of the abrasive grains.
[0015]
In Test 2, the change in the wafer polishing rate was investigated by changing the area of the abrasive layer in the upper portion relative to the total area of the abrasive layer (hereinafter, referred to as “step area ratio”). The step size was 30 μm (20% of the average grain size of the abrasive grains), and Table 2 shows the value of the step area ratio.
[0016]
[Table 2]
FIG. 4 shows the test results of Test 2. In FIG. 4, the wafer polishing rate of the conventional product is shown as 100.
As can be seen from FIG. 4, it was confirmed that the wafer polishing rate was improved when the step area ratio was １ ／ to ／.
[0018]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the following effects can be obtained.
(1) In a CMP pad conditioner in which abrasive grains made of diamond or cBN are fixed to a base metal, steps are provided in the base metal to form an upper part and a lower part, and both the upper part and the lower part are formed. Abrasive grains are fixed to form an abrasive layer, and the difference in height of the tip of the abrasive grains is provided. The grains can act, and it is possible to prevent the abrasive grains from being uniformly worn.
(2) By setting the step size of the base metal to 10% to 30% of the average grain size of the abrasive grains, the wear of the abrasive grains can be effectively transferred from the upper section to the lower section, and the CMP pad The life of the conditioner can be improved.
(3) The wafer polishing rate can be improved by setting the area of the abrasive layer formed on the upper portion to 1/3 to 2/3 of the total area of the abrasive layer.
(4) By making the number of abrasive grains in the outer peripheral part of the abrasive layer larger than the number of abrasive grains in the inner peripheral part, the abrasive layer can be formed according to the degree of wear of the abrasive grains, and the sharpness is stable. Can be changed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 shows an example of the configuration of a CMP pad conditioner of the present invention. FIG. 1 (a) is a diagram showing an upper surface thereof, and FIG. 1 (b) shows a state in which abrasive grains are fixed to a base metal. FIG.
FIG. 2 is a diagram showing a top view of another example of the CMP pad conditioner of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a step size of a base metal and a life of a CMP pad conditioner.
FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a step area ratio and a wafer polishing rate.
FIG. 5 is a diagram showing an upper surface of a conventional CMP pad conditioner.
[Explanation of symbols]
10: CMP pad conditioner 11: upper part 12: lower part 13: abrasive 14: base metal 15: step 16: outer peripheral side 17: inner peripheral side 18: slurry discharge part
Claims (4)
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ＣＭＰパッドコンディショナー。In a CMP pad conditioner in which abrasive grains made of diamond or cBN are fixed to a base metal,
A step is formed in the base metal to form an upper portion and a lower portion, and abrasive grains are fixed to both the upper portion and the lower portion to form an abrasive layer, and the height of the tip of the abrasive particles is reduced. A CMP pad conditioner comprising:
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Cited By (10)
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