JP2011514848A - 非平面のcvdダイヤモンド被覆cmpパッドコンディショナーおよびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、2008年3月10日に出願した米国仮特許出願第61/035,200号からの優先権を主張する。その内容は本明細書の一部を形成するものとして引用され、ここに含めるものとする。
(1)金属並びに酸化物の表面を加工するのに使用される研磨パッドをコンディショニングするのに有効であり、
(2)ダイヤモンド被覆が基材に一層強固に付着されることによって、該被覆が基材から離れてウエハに掻き傷をつけることがないように製造され、
(3)所定のウエハにわたって除去される材料のより大きな一様性を提供する。
実施例および比較例並びに以下の説明は、種々の用途のために、セラミック材料と炭化物形成複合基材材料との複合基材上でCVDダイヤモンド被覆を製造することができることを更に例示しており、従来知られた硬質ポリウレタンCMPパッド、繊維状CMPパッド、および固定砥粒CMPパッドなどのコンディショニングを含むが、これらに限定されない。比較例および実施例は例示の目的のためであって、特許請求の範囲をいかなる意味においても限定するものではない。
ラップ加工の表面仕上げを有するPUREBIDE R2000反応結合SiC基材材料(モルガンAM&T、セントメリーズ、ペンシルベニア州)の、直径が2インチ(約5.08cm)厚さが0.135インチ(約3.43mm)の円形の基材に、機械的に表面を摩擦することによって、1〜2ミクロンのダイヤモンドを播種した。次いで、過剰のダイヤモンドを表面から除去した。次いで、その基材をCVDダイヤモンド蒸着反応器に入れた。反応器を閉じ、15.95kW(145ボルトおよび110アンペア)を供給してフィラメントを約2000℃に加熱した。72sccm(立方センチメートル毎分(標準状態下))のメタンと3.0slpm(リットル毎分(標準状態下))の水素の混合物を、30トルの圧力で1時間半をかけて反応器内に供給し、約1〜2ミクロンの多結晶質ダイヤモンドを、ダイヤモンドグリットの露出した表面および反応結合SiC基材に蒸着させた。電力を、さらに29時間半をかけて25トルの圧力状態で21.24kW(177ボルトおよび120アンペア)に増大させた。フィラメントへの電力供給を停止し、被覆状態のウエハを流動中の水素ガス下で室温まで冷却した。全部で10ミクロンのコヒーレントな多結晶質ダイヤモンドを、先に蒸着したCVDダイヤモンド層上に蒸着させた。次いでこの試料を検査すると、一様に付着したダイヤモンド被覆を有することが分かった。次いでこの試料をポリウレタンCMP研磨パッド上で手動摩擦(hand rubbed)し、20倍の倍率で再検査した。ダイヤモンド表面は無傷であった。次いでこのコンディショニングヘッドは、アプライド・マテリアルズ社のMirraCMPシステムで用いられ、固定砥粒CMPパッドを首尾良くコンディショニングした。
固定砥粒CMP研磨パッド用の、直径が2インチ(約5.08cm)厚さが0.135インチ(約3.43mm)の円形のCMPパッドコンディショニングディスクを、基材表面がそれぞれ異なる技術によって仕上げられた3つのPUREBIDE R2000反応結合SiC基材から製造した。第一の基材はスルーフィード研削(through-feed grinding)により仕上げられ、第二の基材はブランチャード研削(Blanchard grinding)により仕上げられ、第三の基材はラップ加工により仕上げられた。各基材の表面粗さを、KLA Tencor社のP11表面形状測定装置(プロフィロメータ)を用いて、表面仕上げ工程の前後で測定した。第二の試料は第一の試料より粗くなく、第三の試料は第二の試料より粗くなかった。次いで、各基材に、同じ反応器で、同じ時間にわたり、同じ条件下で、同じ厚さまでCVDダイヤモンドを被覆した。次いで、同じKLA Tencor社の表面形状測定装置を用いて表面粗さを測定し、元の粗さと比較し、且つ基材同士を比較した。それぞれの場合において、より大きい元の粗さを有する基材は、やはり、より大きい被覆後の粗さを有した。
図8に示すように、直径が2インチ(約5.08cm)厚さが0.135インチ(約3.43mm)の円形のPUREBIDE R2000反応結合SiC基材を、基材表面に溝をレーザーカットすることによって処理した。その表面を機械的に摩擦することによって、その表面に1〜2ミクロンのダイヤモンドを播種した。次いで、過剰のダイヤモンドを表面から除去した。次いで、実施例1に記載のように、基材にCVDダイヤモンドを被覆した。次いで、この試料をポリウレタンCMP研磨パッド上で手動摩擦し再検査した。カット作用の大部分は、溝の縁部で生じた。
図9に示すように、外径の周りに3mm幅の隆起リングを有する、直径が2インチ(約5.08cm)厚さが0.135インチ(約3.43mm)の円形のPUREBIDE R2000反応結合SiC基材に、その表面を機械的に摩擦することによって、1〜2ミクロンのダイヤモンドを播種した。次いで、過剰のダイヤモンドを表面から除去した。次いで、実施例1に記載のように、基材にCVDダイヤモンドを被覆した。次いで、この試料をポリウレタンCMP研磨パッド上で手動摩擦し再検査した。カット作用の大部分は、隆起リングの縁部で生じた。次いでこの試料を有効に用いて、AMAT社のMirraツールで固定砥粒パッド(FAP)をコンディショニングした。
図11Aおよび図11Bに示すように、8つのらせん状隆起リブを有する、直径が4インチ(約10.16cm)厚さが0.100インチ(約2.54mm)の円形のPUREBIDE R2000反応結合SiC基材に、その表面を機械的に摩擦することによって、1〜2ミクロンのダイヤモンドを播種した。次いで、過剰のダイヤモンドを表面から除去した。次いで、実施例1に記載のように、基材にCVDダイヤモンドを被覆した。次いで、この試料をポリウレタンCMP研磨パッド上で手動摩擦し再検査した。カット作用の大部分は、隆起したらせん状の羽根の縁部で生じた。次いでこの試料を用いて、AMAT社のMirraツールでポリウレタンパッドをコンディショニングした。パッド表面は、図17に示すように、一様な表面テクスチャを示した。
CMPパッドの表面テクスチャへのコンディショナーの効果を比較するために、3つのCMPコンディショナーが製造され、3つのCMPパッドをコンディショニングするのに使用した。次いで、3つのCMPパッドの表面テクスチャを、干渉法(interferometry)を使用して分析した。第一のCMPコンディショナーは、米国特許公開第2005/0276979号(2005年6月24日出願)の実施形態の50ミクロンのダイヤモンドグリットを使用して製造された。図13は、CMPパッドの中心部、中間部、および外縁部でなされた干渉法による測定結果を示す。図14は、干渉法の測定結果に基づく表面高さ確率のグラフを示す。第二のCMPコンディショナーは、米国特許公開第2005/0276979号(2005年6月24日出願)の実施形態の35ミクロンのダイヤモンドグリットを使用して製造された。図15は、CMPパッドの中心部、中間部、および外縁部でなされた干渉法による測定結果を示す。図16は、干渉法の測定結果に基づく表面高さ確率のグラフを示す。第三のコンディショナーは、実施例5に記載のように製造した。図17は、CMPパッドの中心部、中間部、および外縁部でなされた干渉法による測定結果を示す。図18は、干渉法の測定結果に基づく表面高さ確率のグラフを示す。λ値は、3つのコンディショナー全ておよび3つの位置全てについて決定された。図19は、3つのコンディショナー全てについてのλ値のプロットである。図19は、3つのコンディショナー全てが、パッド上の3つの領域間でテクスチャの違いがあることを示している。しかし、本発明に従って作製した第三のコンディショナーが、最も平滑なパッド表面を有し且つパッド表面にわたる差異は最も少なかった。
寸法が200mmのブランケット銅ウエハを使用した。選択され使用されたコンディショニングパッドは、IC1020M groove(Rohm&Haas社、ニューアーク、デラウェア州)であった。800mlの蒸留水および33gの超高純度過酸化水素と共に200mlのFujimaPL−7103スラリーを含むスラリーが用いられた。蒸留水によるリンスを、2000ml/分の流量で30秒間適用した。最も微細なグリットがCMP43520SF、中間のグリットがCMP45020SF、粗大グリットがCMP47520SF、およびグリットがないものがCMP4S840(2回実施)のダイアモネックス(Diamonex、登録商標)ディスク(モルガン・アドバンスド・セラミックス社、アレンタウン、ペンシルベニア州)を使用した。現場での(in-situ)パッドコンディショニングは、約6ポンドのダウンフォースが適用された。コンディショニングは、微調整され最適化された掃引(sweep)または正弦波掃引(グリットなしの2回目に実施)として実施した。ウエハの研磨は、2psiの研磨圧力で、42RPMのプラテン滑り速度でもって60秒間行われた。
Claims (32)
- CVDダイヤモンド被覆複合体を含むコンディショニングヘッドであって
前記コンディショニングヘッドがさらに
(a)基材表面を含む被覆されていない基材であって、さらに
(1)少なくとも1つのセラミック材料を含む第一相、および
(2)少なくとも1つの炭化物形成材料を含む第二相を含む基材を含み、
前記基材表面が、前記基材表面に対して隆起した非平面のエッジシェービング領域の少なくとも一つの領域を含むコンディショニングヘッド。 - CVDダイヤモンド被覆複合体を含むコンディショニングヘッドであって
前記コンディショニングヘッドがさらに
(a)基材表面を含む被覆されていない基材であって、さらに
(1)少なくとも1つのセラミック材料を含む第一相、および
(2)少なくとも1つの炭化物形成材料を含む第二相を含む基材と、
(b)被覆された基材を創生するように前記基材表面の少なくとも一部分に配置された、化学気相成長ダイヤモンド被覆とを含み、
前記基材表面が、前記基材表面に対して隆起した非平面のエッジシェービング領域の少なくとも一つの領域を含むコンディショニングヘッド。 - CVDダイヤモンド被覆複合体を含むコンディショニングヘッドであって、
前記コンディショニングヘッドがさらに
(a)基材表面を含む被覆されていない基材であって、さらに
(1)少なくとも1つのセラミック材料を含む第一相、および
(2)少なくとも1つの炭化物形成材料を含む第二相を含み、
測定可能な反り度を有する基材と、
(b)前記被覆されていない基材の前記反り度と実質的に同様の測定可能な反り度を有する被覆された基材を創生するように、前記基材表面の少なくとも一部分に配置された化学気相成長ダイヤモンド被覆とを含み、
前記基材表面が、前記基材表面に対して隆起した非平面のエッジシェービング領域の少なくとも一つの領域を含むコンディショニングヘッド。 - 前記隆起した非平面エッジシェービング領域が、同心円、切れた同心円、らせん、切れたらせん、線、破線、カーブしたセグメント、切れたカーブしたセグメント、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される請求項1に記載の複合体。
- 前記第二相の材料の少なくとも1つが、前記第一相の材料によって形成されたマトリックス中に分散されている請求項1に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記第一相の材料の少なくとも1つが、前記第二相の材料によって形成されたマトリックス中に分散されている請求項1に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記炭化物形成材料の領域が、前記セラミック材料の領域に形成された1つ以上の孔の上の被覆を含む請求項1に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記第一相が、前記炭化物形成材料を含む第二相のマトリックス内に分散された、前記セラミック材料の1つ以上の粒を含む請求項1に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記セラミック材料が、炭化珪素、窒化珪素、オキシ窒化アルミニウム珪素、窒化アルミニウム、炭化タングステン、炭化タンタル、炭化チタン、窒化硼素、およびこれらの組み合わせを含む請求項1に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記炭化珪素の領域が、十分に焼結したα炭化珪素を含む請求項9に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記炭化物形成材料が、反応結合炭化珪素含有材料である請求項1に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記炭化物形成材料が、珪素、チタン、モリブデン、タンタル、ニオブ、バナジウム、ハフニウム、クロム、ジルコニウム、タングステン、およびこれらの組み合わせを含む請求項9に記載のコンディショニングヘッド。
- さらに、約1ミクロン〜約25ミクロンの範囲の平均粒度を有し、且つ、前記基材の露出した表面に対して実質的に一様に分布されているダイヤモンドグリットの第一層を含み、
化学気相成長ダイヤモンド層が、前記ダイヤモンドグリットで被覆された基材上に配置され、それによって前記化学気相成長ダイヤモンド層が、少なくとも部分的に前記ダイヤモンドグリットを包み込み且つ前記基材に結合させる請求項1に記載のコンディショニングヘッド。 - 前記ダイヤモンドグリットの平均粒度が約2ミクロン〜約10ミクロンの範囲にある請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記ダイヤモンドグリットが、前記基材の表面に対して1mm2あたり約100〜約50000粒の密度で、実質的に一様に分布されている請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記ダイヤモンドグリットが、1mm2あたり約400〜約2000粒の密度で、前記基材の表面に実質的に一様に分布されている請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- さらに、1ミクロン未満の平均粒度を有し、前記第一層および前記基材の残りの露出した表面に対して実質的に一様に分布されているダイヤモンドグリットの層を、前記化学気相成長ダイヤモンド層の下に含む請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- さらに、前記コンディショニングヘッドに結合した裏当て層を含む請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記ダイヤモンドグリットを、前記露出した表面の上方の固定した高さから制御された速度で移動する空気の流れの中に落下させて、これにより前記ダイヤモンドグリットを前記露出した表面を横断して横方向に分散させつつ、ダイヤモンドグリット源を前記空気の流れの方向と実質的に直交に移動することを含む空気分散方法によって、前記ダイヤモンドグリットが前記基材の前記露出した表面上に分布されている請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- 前記セラミック材料が炭化珪素を含み、前記炭化物形成材料が珪素を含む請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- ダイヤモンド層が、包み込まれたまたは結合されたダイヤモンドグリット粒子なしで、前記基材に直接結合されている請求項13に記載のコンディショニングヘッド。
- (a)表面を有し、
(1)少なくとも1つのセラミック材料を含む第一相、および
(2)少なくとも1つの炭化物形成材料を含む第二相を含み、
第一側部および第二側部を有する基材と、
(b)約1ミクロン〜約150ミクロンの範囲の平均粒度を有し、前記第一側部および前記第二側部に対して実質的に一様に分布されているダイヤモンドグリット層と、
(c)前記ダイヤモンドグリットが被覆された第一側部および第二側部上に蒸着された化学気相成長ダイヤモンド層であって、これによって前記化学気相成長ダイヤモンド層が、前記ダイヤモンドグリットを包み込み且つ前記ダイヤモンドグリットを前記側部に結合する化学気相成長ダイヤモンド層とを含み、
前記基材表面が、前記基材表面に対して隆起した非平面のエッジシェービング領域の少なくとも一つの領域を含む研磨パッドコンディショニングヘッド。 - CMPパッドをコンディショニングする方法であって、ダイヤモンド被覆表面を有し、前記ダイヤモンド被覆表面に対して隆起して方向付けられた非平面の少なくとも一つの領域を含むCVDダイヤモンド被覆複合体を含むコンディショニングヘッドを用いることを含み、前記隆起して方向付けられた少なくとも一つの領域が、少なくとも一つのカットエッジを提供するように配置され、これによって前記CMPパッドが、前記CMPパッド表面をシェービングする前記少なくとも1つのカットエッジによってコンディショニングされるCMPパッドをコンディショニングする方法。
- CMPコンディショニングパッドを半導体の表面に接触させる工程を含み、前記CMPコンディショニングパッドが請求項1に記載のコンディショニングヘッドによって処理されている半導体の製造方法。
- CMPコンディショニングパッドを半導体の表面に接触させる工程を含み、前記CMPコンディショニングパッドが請求項2に記載のコンディショニングヘッドによって処理されている半導体の製造方法。
- CMPコンディショニングパッドを半導体の表面に接触させる工程を含み、前記CMPコンディショニングパッドが請求項3に記載のコンディショニングヘッドによって処理されている半導体の製造方法。
- CMPコンディショニングパッドを半導体の表面に接触させる工程を含み、前記CMPコンディショニングパッドが請求項22に記載のコンディショニングヘッドによって処理されている半導体の製造方法。
- CMPコンディショニングパッドにより処理された表面を有する半導体であって、前記CMPコンディショニングパッドが請求項1に記載のコンディショニングヘッドにより処理されている半導体。
- CMPコンディショニングパッドにより処理された表面を有する半導体であって、前記CMPコンディショニングパッドが請求項2に記載のコンディショニングヘッドにより処理されている半導体。
- CMPコンディショニングパッドにより処理された表面を有する半導体であって、前記CMPコンディショニングパッドが請求項3に記載のコンディショニングヘッドにより処理されている半導体。
- CMPコンディショニングパッドにより処理された表面を有する半導体であって、前記CMPコンディショニングパッドが請求項22に記載のコンディショニングヘッドにより処理されている半導体。
- コンディショニングヘッドが請求項1〜22のいずれか一つに記載されているコンディショニングヘッドである請求項23に記載の方法。
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