JP2008514446A - 配向粒子を有するｃｍｐパッドドレッサーおよび関連した方法 - Google Patents

Abstract

ＣＭＰパッド性能を制御する配置状態（位置）に配向した超砥粒（１３０、１２０、１１０）を有するＣＭＰパッドドレッサー（１００）、およびそれに関連する方法が開示され記載される。ＣＭＰパッドドレッシング速度およびドレッサー磨耗性を最適化するように、制御されたＣＭＰパッド性能を選択することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、一般に、化学機械的研磨（ＣＭＰ）パッドのドレッシングまたはコンディショニングに関連して使用する装置および方法に関する。したがって本発明には、化学分野および材料科学分野が関与する。

化学機械的プロセス（ＣＭＰ）は、ある種の加工物を研磨するために広く使用される技術となっている。特にコンピュータ製造産業は、半導体の製造に使用するためのセラミック、ケイ素、ガラス、石英、金属、およびそれらの混合物のウェーハを研磨するＣＭＰプロセスに大いに頼り始めている。このような研磨プロセスは一般に、ポリウレタンなど耐久性のある有機物質から製造された回転パッドに対してウェーハを施用することを要する。このパッドに、ウェーハ物質を分解することができる化学溶液を含有する化学的スラリー、およびウェーハ表面を物理的に侵食するように働くある量の研磨粒子（砥粒）が添加される。スラリーは、回転するＣＭＰパッドに連続的に添加され、ウェーハに及ぼされる二重の化学力および機械力によって、それが所望のやり方で研磨される。

実現される研磨の質にとって特に重要なことは、パッド中に砥粒を分布させることである。パッドの最上部は、通常、繊維または小孔などの機構によって粒子を保持し、パッドの回転の動きによってかけられる遠心力により粒子がパッドから振り落とされるのを防止するのに十分な摩擦力を提供する。したがって、パッドの最上部を可能な限り可撓性であるように保ち、繊維をできるだけ直立に保つことが重要であり、あるいは新しい砥粒を受け取るのに利用可能な多数の開口および細孔が確実に存在することが重要である。

パッドの最上部を維持する上での問題は、加工物、研磨スラリー、およびドレッシングディスクから発生する研磨破片の堆積によって引き起こされる。こうした堆積が、パッド最上部の「グレージング（ｇｌａｚｉｎｇ）」または硬化を引き起こし、これによって繊維をもつれさせ、したがってパッドがスラリーの砥粒を保持できなくなり、それによりパッドの全般的な研磨性能を著しく低下させる。さらに、多くのパッドでは、スラリーを保持するために使用される細孔が詰まり、パッドの研磨表面の全般的な凹凸（粗さ）が押圧され、もつれてくる。したがって、様々な装置を用いて「コーミング（ｃｏｍｂｉｎｇ）」または「カッティング（ｃｕｔｔｉｎｇ）」することにより、パッドの最上部を元の状態にするための試みがなされている。このプロセスは、ＣＭＰパッドの「ドレッシング（ｄｒｅｓｓｉｎｇ）」または「コンディショニング（ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ）」として知られるようになってきている。この目的で、多くのタイプの装置およびプロセスが使用されている。このような一装置は、ダイヤモンド粒子などの複数の超硬質結晶粒子を、表面または基材に接着させたディスクである。

現在のＣＭＰパッドドレッサーに関するさらなる別の欠点は、パッドコンディショナーおよびＣＭＰパッドの寿命が短いことである。指摘したように、粒子があまりにも深くパッドに切削し、不必要にパッドを消耗すると、研磨粒子（砥粒）およびＣＭＰパッドは時期尚早に磨耗する可能性がある。このような時期尚早の磨耗によって、加工物を効果的に研磨するＣＭＰパッドドレッサーの能力が低下してしまう。最適に機能する場合、砥粒はＣＭＰパッドの凹凸を修復するように働き、それによって最適な研磨環境を作り出す。

ＣＭＰパッドがドレッシングされる速度は、パッドの表面粗さに影響を与えることができ、さらにその表面に保持されるスラリーの量を決定し、したがって研磨速度に影響を与えることができる。一般に、ウェーハの研磨速度は、ドレッシング速度に比例する。しかし、ドレッシング速度が速過ぎると、パッド表面は過度に粗くなり、研磨されたウェーハの均一性を低減することがある。このようにドレッシング速度を最適化することによって、ウェーハの質に悪影響を与えずに研磨速度を改善することができる。

上記に照らせば、最適なドレッシングの結果を達するために、ドレッサー性能を制御すべく構成され、様々な適用例に応じて効率および寿命が最大限にされたＣＭＰパッドドレッサーおよび方法を得ることが望ましい。

（発明の概要）
したがって一態様では、本発明は、ＣＭＰパッドドレッサー性能を制御するための方法およびＣＭＰパッドドレッサーの構成を提供する。このような一方法では、複数の超砥粒を用いるＣＭＰパッドドレッサーが提供され、その超砥粒それぞれが基材部材に結合し、ＣＭＰパッドドレッサー製作上の性能の一部として期待される性能特性を提供するような位置（配置状態）に配向する。別の態様では、本発明の性能特性は、ドレッシングの速度およびドレッサーの磨耗性を最適化することができる。さらに、本発明の別の態様では、性能特性は、ドレッシング速度とドレッサー磨耗性との最適化されたバランスであり得る。超砥粒を所定のパターンまたは構成に配向させることによって、ドレッシング速度およびドレッサー磨耗性を増強し、最適化できることが発見された。より具体的には、所定の位置（配置状態）を有するべく超砥粒を用いる方法によって、ドレッサー性能特性を制御することができる。

本発明の一態様によれば、この方法は、基材を提供し、次いで超砥粒が最適のドレッサー特性を提供する配置状態（位置）に配向するように、複数の超砥粒を基材に結合させるものである。結合した超砥粒は、実質上、ドレッシングされるパッドに向いて配向した頂点部分を有する配置状態で構成することができる。さらに、超砥粒は、ドレッシングされるパッドに向いて配向した縁部部分または面部分を有する配置状態で構成することができる。このような多様な配向によって、ドレッサー性能特性を変えて、最適化されたドレッシング速度およびドレッサー磨耗性を有するドレッサーを得ることができる。

別の態様では、中心位置にある超砥粒は、ドレッシングされるパッドに向いて配向した頂点部分を有する配置状態（位置）に配向することができ、周辺位置にある超砥粒は、ドレッシングされるパッドに向いて配向した面または縁部部分を有する配置状態で基材または表面上に配置することができる。多様な配向によって、ＣＭＰパッドに様々な凹凸パターンを作り出すことができる。このようなパターンは、粒子の磨耗を低減するとともにウェーハの研磨速度を増大する凹凸を提供することによって、ドレッサー性能の変化をもたらし得る。例えば、一態様では、中心に位置した粒子の配置状態が頂点になるように構成し、周辺に位置した粒子の配置状態が面になるように構成し、それらの間にある任意の粒子が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した縁部の配置状態を有するように構成することによって、ドレッサー速度とドレッサー磨耗性とのバランスをとることができる。

本発明のさらに別の態様では、ドレッサー性能を最適化する方法は、周辺に位置した超砥粒よりも質の低い、中心に位置した複数の超砥粒を有するＣＭＰパッドドレッサーを提供することを含むことができる。質の低さは、内部の質の低さ、形状の質の低さなど、いくつかの特性であり得る。不規則な形状など質の低い形状の粒子は、質の高い形状のものよりＣＭＰパッドを強度にドレッシングできるが、質の低い粒子は欠損および崩壊する傾向があることから、パッドドレッシング速度がより遅いことが見出された。一方、八面体または立方八面体などの質の高い形状は、それほど強度にはドレッシングしないものの、より耐久性があり、高いドレッシング速度が可能となる。耐久性は、過度の磨耗から内側または中心の粒子を保護する助けともなる。したがって、質の低い粒子をパッドドレッサーの中心位置に置き、質の高い粒子を周辺に置くことによって、バランスのとれたドレッシング速度およびドレッサー磨耗性を得ることができる。

上記の使用方法に加えて、本発明は、超砥粒を所定のパターンに配向することによって、ドレッサー性能を最適化するＣＭＰパッドドレッサーを製造する方法も含む。概して言えばこのような方法は、基材を提供し、期待される性能特性を提供する配置状態（位置）を超砥粒に対して選択し、超砥粒を基材に対するある配置状態に配向させ、そして、超砥粒を選択された配置状態で基材に結合させることを含む。

上記の方法を使用すると、かなりの利点を発揮するＣＭＰパッドドレッサーを作り出すことができる。例えば、ＣＭＰパッドドレッシング性能を制御して、ＣＭＰパッドドレッシング速度およびドレッサー磨耗性を最適化することができる。このような最適化された性能によって、ドレッサー磨耗性とドレッシング速度との間のバランスが生み出され、したがってドレッサーがパッドをグルーミングする（ｇｒｏｏｍ）速度を最大限にするとともに、ドレッサーの耐用期間を延長することができる。

上記の本発明の特長および利点は、添付の図に関連して提供される以下の詳細な説明を考察することによって明らかとなろう。
（発明の詳細な説明）
本発明のＣＭＰパッドドレッサーならびに付随の使用方法および製造方法を開示し記載する前に、本発明は、本明細書に開示される特定のプロセスの工程および材料に限定されず、関連分野の当業者に認識されるように、それらの等価物まで拡張されると理解されたい。また、本明細書で用いる専門用語は、特定の実施形態を説明する目的のみに使用され、限定的なものではないことを理解されたい。

本明細書および添付の特許請求の範囲で使用されるように、単数形「１つの（a）」および「その（the）」は、内容による明らかなる別段の指定がない限り複数の指示対象を含むことに留意しなければならない。したがって、例えば「１つの砥粒（an “abrasive particle”）」または「１つのグリット（a “grit”）」への言及は、１つまたは複数のかかる砥粒またはグリットへの言及を含む。

（定義）
本発明を説明し主張する上で、以下の専門用語は、以下に記載する定義に従って使用される。

本明細書で使用される「超砥粒（superabrasive particles）」および「超砥粒グリット(superabrasive grit)」または類似の語句は、互換的に使用することができ、天然もしくは合成の任意の超硬結晶、または多結晶物質、あるいは諸物質の混合物を指し、それらには限定されないが、ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、および多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）が含まれ得る。さらに、「砥粒（研磨粒子；abrasive particle）」、「グリット（grit）」、「ダイヤモンド」、「多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）」、「立方晶窒化ホウ素」、および「多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）」という用語は、互換的に使用することができる。

本明細書で使用される「超硬の（superhard）」および「超砥粒の（superabrasive）」とは、互換的に使用することができ、約４０００Ｋｇ／ｍｍ^２以上のビッカース硬さを有する結晶、または多結晶材料、あるいはこうした材料の混合物を指す。このような材料には、それらには限定されないが、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、ならびに当業者に周知の他の材料が含まれ得る。超砥粒材料は非常に不活性であり、したがって化学結合を形成するのが困難であるが、クロムおよびチタンなどいくつかの反応性素子は、ある温度で、超砥粒材料と化学的に反応できることが知られている。

本明細書で使用される「基材」とは、砥粒（研磨粒子）を支持し、砥粒をそれに固着することができるＣＭＰドレッサーの一部分を意味する。本発明で有用な基材は、使用目的に有用なツールを提供するのに十分なやり方で砥粒を支持することができる任意の形状、厚さ、または材料とすることができる。基材は、固体材料、処理される際に固体になる粉末材料、または可撓性材料のものでよい。典型的な基材材料の具体例には、それらには限定されないが、金属、金属合金、セラミック、およびそれらの混合物が含まれる。さらに基材は、ろう付け用合金材料を含むことができる。

本明細書で使用される「前縁（ｌｅａｄｉｎｇ ｅｄｇｅ）」とは、ＣＭＰパッドドレッサーの縁部を意味し、それはＣＭＰパッドが移動する方向、またはパッドが移動する方向、あるいはその両方向に基付いた前側の縁部である。特にいくつかの態様では、前縁は、具体的にはドレッサーの縁部にある領域だけでなく、実際の縁部からわずかに内側に広がるドレッサー部分も含むことがある。一態様では、前縁は、ＣＭＰパッドドレッサーの外縁に沿って位置することができる。別の態様では、少なくとも１つの効果的な前縁をＣＭＰパッドドレッサー作用面の中心または内側部分に提供するような砥粒（研磨粒子）のパターンで、ＣＭＰパッドドレッサーを構成することができる。換言すれば、ドレッサーの外縁の前縁と類似の機能的効果を提供するべく、ドレッサーの中心または内部を構成することができる。

本明細書で使用される「鋭利部分」とは、それらには限定されないが、角部、隆起、端部、方尖状のもの、および他の突起を含めて、結晶がその状態になり得る任意の狭い部分を意味する。

本明細書で使用される「中心に位置した粒子」、「中心位置にある粒子」等は、ドレッサーの中心点から始まり、ドレッサー縁部に向いて外側に、ドレッサーの半径の最大約９０％まで広がる、ドレッサーの一領域に位置したドレッサーの任意粒子を意味する。いくつかの態様では、この領域は、半径の約２０％〜約９０％外側に広がり得る。他の態様では、この領域は、半径の約５０％まで外に広がり得る。さらに別の態様では、この領域は、ドレッサーの半径の約３３％まで外に広がり得る。

本明細書で使用される「周辺に位置した」、「周辺位置にある粒子」等は、ドレッサーの前縁または外縁から始まり、中心に向いて内側に、ドレッサーの半径の最大約９０％まで広がる、一領域に位置したドレッサーの任意粒子を意味する。いくつかの態様では、この領域は、半径の約２０％〜９０％内側に広がり得る。他の態様では、この領域は、半径の約５０％まで内に広がり得る。さらに別の態様では、この領域は、ドレッサーの半径の約３３％まで内に広がり得る（すなわち、中心から６６％離れる）。

本明細書で使用される「作用端部」とは、ＣＭＰパッドに向いて配向し、ドレッシング動作中にパッドと接触する粒子の端部を指す。ほとんどの場合、粒子の作用端部は、粒子を接着させる基材から遠位にあるはずである。

本明細書で使用される「質」とは、優秀性の度合いまたはグレードを意味する。粒子の質を決定するために、結晶内部の完全性、形状などの超砥粒の各特性または各特徴をランク付けすることができる。ダイヤモンドおよび他の超砥粒の分野では、米国宝石学会（ＧＩＡ）のダイヤモンドグレーディングレポートまたはＧＩＡスケールなど、いくつかの確立された質のスケールが存在しており、当分野の当業者には十分理解されるであろう。

本明細書で使用される「アモルファス合金ろう材」とは、非晶質構造を有する均質なろう材用組成物を指す。このような合金は、加熱された際に分解溶融する共晶相を実質的に含有しない。正確な合金組成を確保することが困難であっても、本明細書で使用されるアモルファスろう付け用合金は、狭い温度範囲にわたって、実質上の一致した溶融挙動を示すはずである。

本明細書で使用される「合金」とは、ある金属と第２の材料との固体混合物または液体混合物を指し、前記第２の材料は、炭素などの非金属、金属、または金属の特性を増強するまたは改善する合金でよい。

本明細書で使用される「金属ろう付け用合金」、「ろう付け用合金（硬ろう；brazing alloy）」、「ろう材合金（braze alloy）」「ろう材材料」、および「ろう付け」とは、互換的に使用することができ、２つのものを全体として実質的に結合させるために、超砥粒およびマトリックス支持材料または基材と化学的に結合することができる金属合金を指す。本明細書で開示される特定のろう付け合金成分およびろう付け合金組成物は、それに関連して開示される特定の実施形態に限定されるものではないが、本明細書に開示される本発明の実施形態のいずれかにおいて使用することができる。

本明細書で使用される「ろう付け（brazing）」のプロセスは、超砥粒の原子と、ろう材材料の原子との間の化学結合を発生させることを指すものである。さらに「化学結合」は、機械的または弱い原子間引力ではなく、炭化物、窒化物、またはホウ素化物の結合などの共有結合を意味する。したがって、「ろう付け」が超砥粒と関連して使用される場合、実際の化学結合が形成される。しかし、「ろう付け」が、金属と金属の結合に関連して使用される場合、この用語は、冶金的結合（金属結合）という従来的な意味で使用される。したがって、ツール本体への超砥粒セグメントのろう付けは、炭化物、窒化物、またはホウ素化物の形成剤（ｆｏｒｍｅｒ）の存在を必要としない。

ろう付けのプロセスに関連して本明細書で使用される「直接に」とは、超砥粒と、同定された材料との間の、単一のろう付け用金属またはろう付け用合金を結合媒体として使用した化学結合の形成を識別するものである。

本明細書で使用される「セラミック」とは、非金属材料を、時に金属材料と共に焼成する（ｆｉｒｉｎｇ）ことによって製造することができる、硬質の、しばしば結晶質の、実質的に熱耐性かつ耐食性の材料を指す。それらには限定されないが、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、窒化ホウ素、窒化ケイ素、炭化ケイ素、炭化タングステン等を含めて、セラミックとみなされるいくつかの酸化物、窒化物、および炭化物材料は、当分野で周知である。

本明細書で使用される「金属の」とは、任意のタイプの金属、金属合金、またはそれらの混合物を意味し、具体的には、それらには限定されないが、鋼、鉄、およびステンレス鋼を含む。

本明細書で使用される「格子（grid）」とは、多数の正方形を形成する線のパターンを意味する。
距離およびサイズに関して本明細書で使用されるように、「均一な」とは、差異が合計約７５マイクロメートル未満である寸法を指す。

本明細書で使用される「配置状態（位置；ａｔｔｉｔｕｄｅ）」とは、作業中に超砥粒を接着させる基材、または超砥粒が施用されるＣＭＰパッドなど、画定された表面に対する超砥粒の位置または配列を意味する。例えば超砥粒は、その粒子の特定の一部分がＣＭＰパッドに向いて配向した配置状態（位置）を有することができる。

本明細書で使用される「作用端部」とは、ＣＭＰパッドに向いて配向し、ドレッシング動作中にパッドと接触する粒子の端部を指す。ほとんどの場合、粒子の作用端部は、粒子を接着させる基材から遠位にあるはずである。

本明細書で使用される複数の項目、構造要素、組成要素、および／または材料は、便宜上、共通リストに掲げることができる。しかしこれらのリストは、リストの各メンバーが、個別かつ独特のメンバーとして個々に同定されるものと解釈するべきである。すなわちそれとは反対に、かかるリストの個々のメンバーを、それらが指示なしで共通のグループとして提示されているということだけに基づいて、同リストからの他の任意要素の事実上の同等物として解釈するべきではない。

本明細書では、濃度、量、および他の数値データを、範囲形式で表すまたは提示することができる。このような範囲形式は、単に便宜上および簡潔さから使用されることを理解されたく、したがって範囲の限界値として明記される数値を含むだけでなく、各数値および部分範囲があたかも明記されているかのように、その範囲内に包含されるあらゆる個々の数値または部分範囲も含むことを、柔軟に解釈されたい。一例として「約１〜約５」という数値範囲は、約１〜約５という明記された値だけでなく、指示された範囲内の個々の数値および部分範囲を含むと解釈されるべきである。すなわち、この数値範囲に含まれるのは、２、３、および４などの個々の値、ならびに１〜３、２〜４、および３〜５などの部分範囲である。

この同じ原理が、１つの数値だけを記載している範囲に対して適用される。さらにこのような解釈は、記載される範囲または特性の幅にかかわらず適用されるべきである。

（本発明）
本発明は、超砥粒を用いる化学機械的研磨（ＣＭＰ）パッドドレッサーのドレッシング性能を最適化するための装置および方法を提供する。このような粒子を、特定の配置状態（位置）に配向させることによって、ドレッシング速度およびドレッサー磨耗性を制御できることが発見された。一態様では、十分なＣＭＰパッドドレッシング速度を維持するとともに、ドレッサー上の超砥粒の寿命およびＣＭＰパッドの有用な耐用期間を改善する構成によって、性能が最適化される。

図１は、本発明の一実施例によるＣＭＰパッドドレッサーを示すものである。ＣＭＰパッドコンディショナー１００は、複数の超砥粒１１０、１２０、および１３０が結合した実質上平坦な基材１０１を含む。超砥粒のそれぞれは、ドレッシング動作中にＣＭＰパッドに接触する頂点、縁部、または面など、所望の作用部分を提供する特定の配置状態（位置）に配向する。

ドレッサーの磨耗性およびＣＭＰパッドのドレッシング速度の最適化は、多くの因子、中でも超砥粒の配向に依存する。様々なタイプの超砥粒を、本発明の様々な態様において使用することができる。例えば、このような材料は、限定されないがダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、および多結晶の立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）を含むことができる。いくつかの態様では、超砥粒はダイヤモンドを含むことができる。一態様では、ダイヤモンド超砥粒は、立方体および八面体の複数の面の組合せを呈することができる。さらに超砥粒は、所定の形状からなることができる。例えば超砥粒は、特有の形状（自形の、又は独特の形状；ｅｕｈｅｄｒａｌ ｓｈａｐｅ）、あるいは八面体または立方八面体の形状であり得る。実質上どんなサイズの超砥粒でも本発明の範囲内にあるとみなされるが、一態様では、粒子は約１００〜３５０マイクロメートルの範囲のサイズに及ぶことができる。さらに超砥粒は、パッドに対して多くの方向に配向することができるが、粒子のカッティングまたはグルーミング挙動に影響を与え得る３つの主要な配向または配置状態（位置）が存在する。これらの配置状態は、超砥粒の頂点、縁部、または面のいずれかを、ドレッシングされるＣＭＰパッドに対して露出している。

超砥粒を、ドレッシングされるＣＭＰパッドに対して特定の配置状態（位置）に配向させることによって、パッドの表面に異なる凹凸が作り出され、したがってＣＭＰパッドの性能が変わる。異なる凹凸によってスラリーは異なるやり方で保持され、したがって凹凸の深度、幅、密度等に従って、シリコンチップウェーハは異なって研磨される。ＣＭＰパッドドレッサーの超砥粒は、ＣＭＰパッドの所望の研磨特性に従って配向することができる。例えば超砥粒が、主にＣＭＰパッドに向いて配向した頂点を有する場合、パッドの凹凸は、狭く深くなるはずである。狭く深い凹凸の利点は、パッドが研磨スラリーをより良好に保持することができ、したがってウェーハの研磨速度が増大することである。しかし、研磨速度が増大すると、超砥粒の磨耗速度も増大し得る。このように磨耗速度は、超砥粒の配置状態に応じて顕著に変わることがあり、したがって所望の性能特性を備えた装置を設計する場合、各超砥粒の配向を考慮することができる。概して言えば、より速いドレッシング速度を提供する超砥粒の配置状態（すなわち、パッドへのより深い食込み（ｐｅｎｅｔｒａｔｉｏｎ））はまた、粒子をより速い速度で磨耗する。

一方、面がパッドに向かう超砥粒が配向する場合、得られる凹凸によって、より低速で研磨することができる。粒子の面は一般に、より耐久性があると考えられるが、典型的には深く狭い凹凸をパッドに切り込まずに、むしろ浅く広い凹凸を切り込む。したがって、粒子の面部分は、粒子の頂点部分と比較してＣＭＰパッドを低速でドレッシングするが、超砥粒の磨耗は速度が相当遅いはずである。

超砥粒の縁部部分は、面部分のものと頂点部分のものとの間のドレッシング特性および磨耗特性を有する。縁部部分がＣＭＰパッドをドレッシングするのに使用される場合、凹凸は、頂点部分でドレッシングされたもの程深くも狭くもないが、望ましい中間の特徴を有する凹凸を提供することができると考えられている。さらに粒子の縁部部分は、頂点のもの程高速で磨耗することはない。したがって、露出した縁部部分を有する超砥粒のすべてまたは一部分を利用したＣＭＰパッドドレッサーは、多くの利点を提供することができる。

再び図１を参照すると、基材１０１に対して様々な配置状態（位置）を有する複数の超砥粒が示されている。このような配置状態は、中心に位置した粒子１１０に関しては、ドレッシングされるパッドに向いて配向した頂点を含み、粒子１２０に関しては、ドレッシングされるパッドに向いて配向した縁部を含み、周辺に位置した粒子１３０に関しては、ドレッシングされるパッドに向いて配向した面を含むことができる。本発明のこのような一実施例は、ドレッシング速度の利点とドレッサー磨耗性の利点、両方をもたらすことができる。この配列は、強度なドレッシング特性を有する中心に位置した粒子を提供する一方で、周辺に位置した粒子はより耐久性があり、内側および中心の粒子を過度の磨耗から保護することができる。

本発明の別の態様では、図２は、基材１０１に沿って配置された複数の超砥粒を有するＣＭＰパッドドレッサー２００を示しており、中心に位置した超砥粒１１０は、頂点が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で配置され、残りの超砥粒１３０は、面が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で配置される。

図３は、本発明のさらに別の実施例を示す。この実施例では、基材１０１に沿って配置された複数の超砥粒を有するＣＭＰパッドドレッサー３００が示されており、中心に位置した超砥粒１１０は、頂点が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で配置され、残りの超砥粒１２０は、ドレッシングされるパッドに向いて配向した縁部からなる配置状態を有する。

本発明のさらに別の態様では、図４に示されるように、基材１０１に沿って配置された複数の超砥粒を有するＣＭＰパッドドレッサー４００が示されており、中心に位置した超砥粒１２０は、ドレッシングされるＣＭＰパッドに向いて配向した縁部部分を有する配置状態に配向し、周辺に位置した超砥粒１３０は、ＣＭＰパッドに向いた面を有する配置状態に配向する。他の態様では、実質上すべての超砥粒を、ＣＭＰパッドに向いて配向した頂点を有する配置状態に配向することができ（図示せず）、実質上すべての超砥粒を、ＣＭＰパッドに向いて配向した縁部を有する配置状態に配向することができる（図示せず）。実質上すべての超砥粒を、ＣＭＰパッドに向いて配向した面を有する配置状態に配向することができる様々な態様も企図される（図示せず）。

別の一実施例（図示せず）では、本発明は、異なる質の砥粒を利用することによってＣＭＰパッドドレッシング性能を最適化する方法を開示する。言及される質には、外側の超砥粒の形状および内側の超砥粒の傷または欠陥が含まれる。不規則な形状の（特有の（自形の、独特の）形状の）粒子は、しばしば強度なドレッシングを可能にする鋭利な部分または頂点を含む。かかる鋭利な部分は、研磨速度を増大する傾向のある深い凹凸をパッドに切削する。しかし、不規則な粒子は内部の質が低いことがあるため、欠けやすく、それによってウェーハが傷付けられることがある。一方、八面体または立方八面体の形状を示す砥粒は、より高い形状の質および／またはより高い耐久性の質を提供する。より高い質の粒子は、不規則な粒子と比較して鋭利な部分がなく、したがって欠け、破壊の傾向がより低く、その結果ウェーハをより傷付けにくい。

本発明はさらに、異なる質を有する砥粒を利用する方法を提供する。例えば、本発明は、基材に結合した複数の超砥粒を有するＣＭＰパッドドレッサーを開示しており、中心に位置した超砥粒は、周辺に位置した超砥粒よりも質が低い。換言すれば、周辺に位置した超砥粒は、より質が高い。質の低さには、内部の質の低さ、形状の質の低さ等が含まれ得る。内部の質の低さには、超砥粒における多数の傷および／または包含物が含まれ得る。形状の質の低さには、不規則な形状を有する超砥粒が含まれ、形状の質の高さには、八面体または立方八面体の形状を有する超砥粒が含まれ得る。本発明は、質の高い超砥粒がドレッサーの周辺近くに位置し、それによって中心に位置した質の低い粒子を欠けおよび破壊から防御し保護する助けとなる超砥粒の配列を提供する。本発明の構成は、ＣＭＰパッドドレッサー性能を制御し、したがってドレッサー磨耗性およびドレッシング速度を最適化することができる。

本発明はさらに、本明細書に記載されるＣＭＰパッドドレッサーを製造する方法を包含する。一態様では、このような方法は、基材を提供し、期待される性能特性を提供する配置状態（位置）を、超砥粒に対して選択し、超砥粒を、基材に対して選択された配置状態に配向し、その砥粒を、選択された配置状態で基材に結合させることを含むことができる。本発明の様々な態様の基材は、金属、セラミック、粉末、金属粉末、または可撓性材料から製造することができる。一実施例において基材は、ステンレス鋼であり得る。

粒子の配置ならびに超砥粒を格子など所定の構成で基材に固着させる方法および材料は、米国特許第６，０３９，６４１号、同第６，２８６，４９８号、同第６，３６８，１９８号、および２００２年３月２７日出願の出願人らの同時係属している米国特許出願第１０／１０９，５３１号に見ることができ、その全体を参照により本明細書にそれぞれ組み込む。

最後に、超砥粒は、金属粉末から製造される基材に結合することができる。金属粉末は、基材を形成するいくつかの周知の材料から選択することができる。さらにこのような金属粉末は、超砥粒のろう付けを容易にするために、ろう付け用合金を含有することができる。基材の形成における前処理ステップでは、凝固または圧密（ｃｏｎｓｏｌｉｄａｔｉｏｎ）の前に、超砥粒を金属粉末で処理することができる。ろう付けまたは圧密ステップ中に、砥粒は基材に化学的に結合し、粒子の欠けおよび払い落とし（ｄｉｓｌｏｄｇｉｎｇ）に対してそれほど脆くない、耐久性のあるＣＭＰパッドドレッサーを提供する。さらに、前述のろう付け方法に対して、粒子を電気めっき法で基材に固着させることができる。

本発明の様々な態様では、超砥粒を特定の配置状態（位置）に配向させることは、磁場またはバキュームを使用することによって実現し得る。磁気法による超砥粒の配置および配向は、米国特許第４，９１６，８６９号および同第５，２０３，８８１号に論じられており、それらを参照により本明細書に組み込む。適切な真空法の一例は、米国特許第４，６８０，１９９号に見ることができ、それを参照により本明細書に組み込む。本質的には、砥粒を真空手段によって回収し、次いで砥粒を基材上に配置するように設計されたチャックを有するバキュームが論じられている。機械マッチングプロセスによって超砥粒を選択された配置状態に配向させる開口を備えた、チャック内のバキュームチャック管を構成することができる。いったん超砥粒が正確に配向すると、バキュームは基材上に超砥粒を配置し、そこで粒子はその配置状態を妨害されるまたは変えられることなく固定することになる。その結果、配向粒子がドレッサー性能を所望の態様に最適化するように構成されたＣＭＰパッドドレッサーが得られる。

多数の改変および代替の取合せは、本発明の精神および範囲から逸脱することなく当業者には考案することができ、添付の特許請求の範囲は、そのような改変および取合せを包含するものである。したがって現在、本発明の最も実用的かつ好ましい実施例とみなされるものに関して先に具体的かつ詳細に説明してきたけれども、これらに限定するものではないが、サイズ、材料、形状、形態、機能、動作のやり方、組立て、および使用における変形を含めた多数の改変を、本明細書に記載された原理および概念から逸脱せずに実施できることが当業者には明らかとなろう。

本発明の一実施形態によるＣＭＰパッドドレッサーの側面図である。 本発明の一実施形態によるＣＭＰパッドドレッサーの側面図である。 本発明の一実施形態によるＣＭＰパッドドレッサーの側面図である。 本発明の一実施形態によるＣＭＰパッドドレッサーの側面図である。

Claims (49)

1. 複数の超砥粒を使用するパッドドレッサーの製造工程の一部分として、化学機械的研磨（ＣＭＰ）パッドドレッサーにおける、ＣＭＰパッドドレッサー性能を制御する方法であって、
   期待される性能特性を提供する配置状態に、前記超砥粒を配向させることを含む方法。
2. 前記性能特性が、最適なパッドドレッシング速度である、請求項１に記載の方法。
3. 前記性能特性が、最適なパッドドレッサーの磨耗性である、請求項１に記載の方法。
4. 前記性能特性が、ドレッシング速度とドレッサー磨耗性との最適なバランスである、請求項１に記載の方法。
5. 前記超砥粒が、ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、および多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）からなる群から選択されるメンバーを含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記超砥粒がダイヤモンドを含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記超砥粒が所定のパターンで配列される、請求項１に記載の方法。
8. 前記所定のパターンが格子である、請求項７に記載の方法。
9. 前記超砥粒が所定の形状を有する、請求項１に記載の方法。
10. 前記所定の形状が特有の形状である、請求項９に記載の方法。
11. 前記所定の形状が八面体または立方八面体の形状である、請求項９に記載の方法。
12. 前記超砥粒を、金属材料、可撓性材料、セラミック材料、およびそれらの混合物から本質的になる群から選択される基材に接着させる、請求項１に記載の方法。
13. 頂点部分が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、前記超砥粒が実質上すべて構成される、請求項１に記載の方法。
14. 縁部部分が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、前記超砥粒が実質上すべて構成される、請求項１に記載の方法。
15. 面部分が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、前記超砥粒が実質上すべて構成される、請求項１に記載の方法。
16. 前記超砥粒が、前記基材に化学的に結合する、請求項１２に記載の方法。
17. 前記超砥粒が、前記基材に電気めっきされる、請求項１２に記載の方法。
18. 頂点が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、ドレッサー上の中心位置にある超砥粒が配置され；そして、面または縁部が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、残りの砥粒が配置される、請求項１に記載の方法。
19. 頂点が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、ドレッサー上の中心位置にある超砥粒が配置され；面が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、ドレッサー上の周辺位置にある超砥粒が配置され；そして、縁部が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、その間の任意の粒子が配置される、請求項１に記載の方法。
20. ドレッサー上の中心位置にある超砥粒が、ドレッサー上の周辺位置にある超砥粒より質が低い、請求項１に記載の方法。
21. 前記質の低さが、内部の質の低さである、請求項２０に記載の方法。
22. 前記質の低さが、形状の質の低さである、請求項２０に記載の方法。
23. 前記質の低さが、不規則な形状である、請求項２２に記載の方法。
24. 前記周辺に位置した超砥粒が、八面体または立方八面体の形状を有する、請求項２０に記載の方法。
25. 前記不規則な形状が、八面体の形状より強度なドレッシング動作を提供する、請求項２３に記載の方法。
26. 前記超砥粒が、約１００〜３５０マイクロメートルのサイズを有する、請求項１に記載の方法。
27. 基材；および
    前記基材に接着させた複数の超砥粒を含み、前記粒子が、ＣＭＰパッドドレッサー性能を制御する配置状態で構成される、化学機械的研磨（ＣＭＰ）パッドドレッサー。
28. 前記超砥粒が、ダイヤモンド、多結晶ダイヤモンド（ＰＣＤ）、立方晶窒化ホウ素（ｃＢＮ）、および多結晶立方晶窒化ホウ素（ＰＣＢＮ）からなる群から選択されるメンバーを含む、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
29. 前記超砥粒がダイヤモンドを含む、請求項２８に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
30. 前記超砥粒が所定の形状である、請求項２９に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
31. 前記所定の形状が特有の形状である、請求項３０に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
32. 前記所定の形状が八面体または立方八面体の形状である、請求項３０に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
33. 頂点部分が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、前記超砥粒が実質上すべて構成される、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
34. 縁部部分が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、前記超砥粒が実質上すべて構成される、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
35. 面部分が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、前記超砥粒が実質上すべて構成される、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
36. 前記超砥粒が所定のパターンで配列される、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
37. 前記所定のパターンが格子である、請求項３６に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
38. 前記超砥粒が、前記基材に化学的に結合している、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
39. 前記超砥粒が、前記基材に電気めっきされている、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
40. 頂点が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、中心に位置した超砥粒が配置され；そして、面または縁部が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、残りの任意の砥粒が配置される、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
41. 頂点が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、中心に位置した超砥粒が配置され；面が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、周辺に位置した超砥粒が配置され；そして、縁部が、ドレッシングされるパッドに向いて配向した配置状態で、その間の任意の粒子が配置される、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
42. 中心に位置した超砥粒が、周辺に位置した粒子より質が低い、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
43. 前記質の低さが、内部の質の低さである、請求項４２に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
44. 前記質の低さが、形状の質の低さである、請求項４２に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
45. 前記質の低さが、不規則な形状である、請求項４４に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
46. 前記より質の高い形状が、八面体または立方八面体の形状である、請求項４２に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
47. 前記不規則な形状が、八面体の形状より強度なドレッシング動作を提供する、請求項４５に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
48. 前記超砥粒が、約１００〜３５０マイクロメートルのサイズを有する、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサー。
49. 基材を提供すること；
    期待される性能特性を提供する配置状態を、超砥粒に対して選択すること；
    前記超砥粒を、前記基材に対して選択された配置状態に配向させること；および
    前記超砥粒を、選択された配置状態で前記基材に結合させること；
    を含む、請求項２７に記載のＣＭＰパッドドレッサーを製造する方法。

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