JP2012532767A

JP2012532767A - Ｃｍｐパッドのコンディショニングのための平坦かつ一貫した表面トポグラフィーを有する研磨工具及びその製造方法

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Publication number: JP2012532767A
Application number: JP2012520812A
Authority: JP
Inventors: チアンホイ・ウー; ガオア・チャン; リチャード・ダブリュ・ジェイ・ホール
Original assignee: サンーゴバンアブレイシブズ，インコーポレイティド; サン−ゴバンアブラジフ
Priority date: 2009-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-12-20
Also published as: US20140208661A1; CN102470505A; KR20120046227A; WO2011009046A3; US8721395B2; JP2015096294A; SG177568A1; WO2011009046A2; CN102470505B; US20120122377A1; EP2454052A4; KR101268287B1; EP2454052A2

Abstract

ＣＭＰパッドをコンディショニングするための平坦かつ一貫した表面トポグラフィーを有する研磨工具及びその製造方法が開示される。研磨工具は、金属結合剤によって低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材に結合された研磨粒子を含む。約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがある。全体的なＣＴＥミスマッチは、研磨粒子及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチと、低ＣＴＥの基材及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチとの差である。

Description

関連出願の相互参照
この出願は、「ＡＢＲＡＳＩＶＥＴＯＯＬＷＩＴＨＦＬＡＴＡＮＤＣＯＮＳＩＳＴＥＮＴＳＵＲＦＡＣＥＴＯＰＯＧＲＡＰＨＹＦＯＲＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧＡＣＭＰＰＡＤＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＭＡＫＩＮＧ」と題する２００９年７月１６日に出願された米国仮特許出願第６１／２２６，０７４号明細書、及び「ＡＢＲＡＳＩＶＥＴＯＯＬＷＩＴＨＦＬＡＴＡＮＤＣＯＮＳＩＳＴＥＮＴＳＵＲＦＡＣＥＴＯＰＯＧＲＡＰＨＹＦＯＲＣＯＮＤＩＴＩＯＮＩＮＧＡＣＭＰＰＡＤＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＭＡＫＩＮＧ」と題する２００９年８月７日に出願された米国仮特許出願第６１／２３２，０４０号明細書の利益を主張し、その両方の内容全体が参照により本明細書に援用される。

本発明は、一般に、研磨工具に関し、より詳しくは、化学機械研磨又は化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドのコンディショニングのための平坦かつ一貫した表面トポグラフィーを有する研磨工具及びその製造方法に関する。

ＣＭＰプロセスは、半導体ウェハ、ガラス、ハードディスク基材、サファイヤウェハ及びウィンドウ、プラスチック等を含む様々な材料に平坦な（平らな）表面を生成するために実施される。典型的に、ＣＭＰプロセスは、化学的作用及び機械的作用の両方により材料を除去して、設計寸法、幾何学的形状及び表面特性（例えば、平坦度、表面粗さ）を達成するために、疎研磨粒子及び他の化学添加剤を含有するポリマーパッド（ＣＭＰパッド）及びスラリーを使用することを含む。

典型的なＣＭＰプロセスの間、ＣＭＰパッドは研磨残渣によって光沢化する。これには、光沢及び残渣を排除するためにＣＭＰパッドをコンディショニングするか又はドレスするためのＣＭＰコンディショナー（ＣＭＰドレッサーとも称される）の使用が必要である。光沢化及び残渣を除去することにより、ＣＭＰパッドは、安定した研磨性能を提供することが可能である。

一般に、金属結合剤を使用して、ＣＭＰパッドをコンディショニングすることができる作用表面を有する研磨工具を作製するための予備成形物に研磨粒子を固定することによって、ＣＭＰコンディショナーが製作される。作用表面の平坦度及びトポグラフィーにより、ＣＭＰコンディショナーがＣＭＰパッドをいかに良くコンディショニングするかが決定される。作用表面のトポグラフィーが平坦でなくかつ一貫しない当該作用表面を有するＣＭＰコンディショナーは、ＣＭＰパッドを切断及び／又は損傷するであろう。この種類のトポグラフィーは、最終的に、ＣＭＰプロセス中に一貫しかつ均一な研磨を行うＣＭＰパッドの機能に影響を及ぼす。さらに、ＣＭＰパッドが半導体ウェハを研磨するために使用される用途では、切断された及び／又は損傷されたパッドは、ウェハから形成された集積回路チップの収率に影響を及ぼすであろう。

一実施形態では、金属結合剤によって低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材に結合された研磨粒子を含む研磨工具であって、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがあり、全体的なＣＴＥミスマッチが研磨粒子及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチと、低ＣＴＥの基材及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチとの差である研磨工具がある。

第２の実施形態では、研磨工具を形成する方法であって、低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材を予備成形物として用意するステップと、金属結合剤を低ＣＴＥの基材に適用するステップと、研磨粒子を金属結合剤に適用して、そのままの研磨工具を形成するステップであって、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがあり、全体的なＣＴＥミスマッチが研磨粒子及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチと、低ＣＴＥの基材及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチとの差であるステップと、そのままの研磨工具をオーブンで乾燥するステップと、そのままの研磨工具を炉内で所定の燃成温度で焼成して、研磨工具を形成するステップと、を含む方法がある。

第３の実施形態では、化学機械研磨（ＣＭＰ）のパッドをコンディショニングする方法であって、ＣＭＰパッドの作用表面と研磨工具とを接触させるステップであって、研磨工具が、金属結合剤によって低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材に結合された研磨粒子を含み、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがあり、全体的なＣＴＥミスマッチが研磨粒子及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチと、低ＣＴＥの基材及び金属結合剤のＣＴＥミスマッチとの差であるステップを含む方法がある。

平坦でなくかつ一貫しない表面トポグラフィーを有する従来の研磨工具の画像である。本発明の一実施形態による研磨工具の画像である。走査電子顕微鏡画像であり、本発明の一実施形態による低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材を有する研磨粒子の接合の微細構造を示している。図３に示した研磨粒子のより詳細な微細構造を示した走査電子顕微鏡画像である。平坦かつ一貫した表面トポグラフィーを有する低ＣＴＥの基材から製造された研磨工具の画像である。平坦でなくかつ一貫しない表面トポグラフィーを有するステンレス鋼の基材から製造された研磨工具の画像である。同様の荷重が各表面に加えられたときに、低ＣＴＥの基材を有する研磨工具の作用表面をステンレス鋼の基材を有する研磨工具の作用表面と比較した画像である。本発明の一実施形態に従って形成された研磨工具によってコンディションされた化学機械研磨（ＣＭＰ）機械によって研磨されたウェハのウェハ均一性を示したプロットである。本発明の一実施形態に従って形成された研磨工具によってコンディショニングされた化学機械研磨（ＣＭＰ）機械によって研磨されたウェハのウェハ均一性を示したプロットである。図８Ａと図８Ｂに示したウェハ均一性の結果の反復性を示しているプロットである。本発明の一実施形態に従って形成された研磨工具によってコンディションされたＣＭＰ機械によって研磨されたウェハについてウェハ除去率及び除去率範囲安定性を示したプロットである。本発明の一実施形態に従って形成された研磨工具によってコンディショニングされたＣＭＰ機械によって研磨されたウェハについてウェハ除去率及び除去率範囲安定性を示したプロットである。

本明細書に記載した本発明の実施形態は、化学機械研磨又は化学機械平坦化（ＣＭＰ）のコンディショナー又はドレッサーなどの研磨工具に関し、この研磨工具は、パッドがＣＭＰプロセス中に安定した研磨性能を提供できるように、ＣＭＰパッドをコンディショニング又はドレスして、パッドから光沢化又は残渣を排除するために使用される。金属合金（例えば、ろう付け材料及び金属粉末結合材料）をステンレス鋼基材に層状に積み重ね、また研磨粒子を金属合金に層状に積み重ねたステンレス鋼基材で製作された従来のＣＭＰコンディショナーは、作用表面のトポグラフィーが平坦でなくかつ一貫しない当該作用表面を得やすいことが本明細書で確認されている。上述のように、このことは、ＣＭＰプロセス中に一貫しかつ均一な研磨を行うＣＭＰパッドの機能に影響を及ぼす。

金属合金及び研磨粒子を有するステンレス鋼基材の予備成形物から製作されたＣＭＰコンディショナー用の平坦でなくかつ一貫しない表面トポグラフィーは、コンディショナーを製造する焼結プロセスに生じる。特に、金属合金及び研磨粒子を有するステンレス鋼の予備成形物は、所定の温度で加熱された真空炉に配置され、この真空炉は、金属合金を膨張させて、ステンレス鋼基材及び研磨粒子と反応させ、各々の境界面（すなわち、研磨粒子と金属合金との境界面及びステンレス鋼基材と金属合金との境界面）の間に金属結合を形成する。温度が低下すると、ステンレス鋼基材、金属結合剤及び研磨粒子は、縮小して固化し始める。ステンレス鋼基材は、金属合金と研磨粒子とから形成された複合層の熱膨張係数（ＣＴＥ）よりも高いＣＴＥを有するので、ステンレス鋼基材及び金属合金と研磨粒子の複合層の膨張及び縮小は、異なる速度で生じる。特に、ステンレス鋼基材は、ＣＴＥのミスマッチのため、金属合金と研磨粒子から形成された複合層よりも速い速度で膨張及び収縮する。ＣＴＥのこのミスマッチは、ステンレス鋼基材と、金属合金と研磨粒子とから形成された複合層との間に圧縮が生じることによって熱変形をもたらす。この結果、炉内の温度が室温に冷却するときに複合層の縮小速度がより遅いのに対し、ステンレス鋼基材の縮小速度がより速いため、複合層は凸状の表面トポグラフィーを有する（すなわち、中心は縁部より高い）。凸状の表面トポグラフィーを有するＣＭＰコンディショナーは、中心で迅速に摩耗するが、この理由は、より低い縁部と対照的に、ＣＭＰコンディショナーがこの位置においてコンディショニングの大部分を実行しているからである。平坦でなくかつ一貫しない表面トポグラフィーを有するＣＭＰコンディショナーは、凸状の形状のため、不均一にＣＭＰパッドをコンディショニングする。結果として、ＣＭＰパッドによって実行される任意の研磨機能は一貫せず、品質（例えば、欠陥性）及び収率の問題をもたらす。

機械的なプレス工程を使用することによって、ＣＭＰコンディショナーの焼結プロセスにおける熱変形から生じる凸状の表面トポグラフィーを補正するための試みが行われてきた。特に、荷重（例えば、最高１０，０００ポンドが作用表面（すなわち、研磨粒子）に加えられて、凸状部を中心背部の近くから平坦な形状に押圧する。しかし、機械的なプレス工程による荷重は、研磨粒子に不均一な力を付与し、この結果、ＣＭＰコンディショナーの表面トポグラフィーを十分に補正することができない。

図１は、機械的なプレス工程を受けた従来の研磨工具の画像１０である。画像１０の様々な陰影で示されているように、表面トポグラフィーは、機械的なプレス工程を実行した後でもある変形がなお残るので、一様でなくかつ不均一である。ＣＭＰコンディショナーは、機械的なプレス工程を受けた後でも、平坦でなくかつ一貫しない表面トポグラフィーをなお有するので、熱変形がＣＭＰコンディショナーの焼結プロセスで生じることを防止する必要性が存在する。

研磨粒子のＣＴＥにより緊密に合うＣＴＥを有する基材を使用することによって、熱変形を最小にすることができることが本明細書で確認されている。特に、研磨粒子のＣＴＥに緊密に合う低ＣＴＥの材料を含む基材を使用することが提案される。基材用の低ＣＴＥの材料の使用により、ステンレス鋼基材を使用することによって引き起こされるＣＴＥミスマッチが除去され、この基材は、トポグラフィーが平坦でなくかつ一貫しない作用表面を有するＣＭＰコンディショナーの原因として本明細書で確認されている。

図２は、本発明の一実施形態による研磨工具２５の画像２０である。一実施形態では、研磨工具２５は、金属結合剤によって低ＣＴＥの基材に結合された研磨粒子を含み、この場合、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがあり、この場合、全体的なＣＴＥミスマッチは、研磨粒子と金属結合剤とのＣＴＥミスマッチと、低ＣＴＥの基材と金属結合剤とのＣＴＥミスマッチとの差である。本明細書に使用されているように、ＣＴＥミスマッチは、２種類の材料の間のＣＴＥの絶対差である。したがって、本発明では、全体的なＣＴＥミスマッチは以下のように定義される。

この場合、
｜ＣＴＥ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}−ＣＴＥｍ_{ｅｔａｌｂｏｎｄ}｜は、研磨粒子と金属結合剤とのＣＴＥミスマッチであり、また
｜ＣＴＥ_{ｓｕｂｓｔｒａｔｅ}−ＣＴＥｍ_{ｅｔａｌｂｏｎｄ}｜は、低ＣＴＥの基材と金属結合剤とのＣＴＥミスマッチである。

研磨粒子は、磨削、切断、研磨、研削又は他の材料除去特性を工具に付与できる任意の粒子を指す。本発明の実施形態に使用し得る研磨粒子の非網羅的なリストは、酸化物、ホウ化物、炭化物、窒化物、ダイヤモンド粒子、ｃＢＮ及びそれらの組み合わせを含む。好ましい実施形態では、研磨粒子は、単一のダイヤモンド粒子、多結晶ダイヤモンド粒子、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ジルコニア、ｃＢＮ、ＳｉＣ及びそれらの組み合わせからなる群から選択することが可能である。

本明細書に使用されているように、低ＣＴＥの基材は、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約１０．０μｍ／ｍ−℃の範囲のＣＴＥを有する任意の材料である。本発明の実施形態に使用し得る低ＣＴＥの基材材料の非網羅的なリストは、アンバー、スーパーアンバー及びコバールを含む。好ましい実施形態では、低ＣＴＥの基材材料は、アンバー３６、スーパーアンバー（アンバー３２−５）とコバール及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。

研磨粒子は、金属結合剤によって低ＣＴＥの基材材料に結合される。本発明の実施形態では、金属結合を形成するために使用される材料は、ろう付け材料、金属粉末結合材料及びそれらの組み合わせからなる群から選択される。ろう付け材料の例の非網羅的なリストは、ＢＮｉ−１、ＢＮｉ−１ａ、ＢＮｉ−２及びＢＮｉ−６を含む。金属粉末結合材料の例の非網羅的なリストは、ニッケルベース及び鉄ベースのろう付け粉末（ろう付け充填金属）を含む。当業者は、材料の選択及び材料の寸法（例えば、厚さ、粒度など）が、ＣＭＰコンディショナーについて当業者が所望する仕様に左右されることを認識するであろう。研磨粒子と低ＣＴＥの基材材料との間の金属結合を形成するために使用することができる方法は、ろう付け及び焼結を含むがそれらに限定されない。

当業者は、研磨粒子を低ＣＴＥの基材に結合する前に、粒子を金属結合材料及び低ＣＴＥの基材に対し配置して、ＣＭＰパッドのコンディショニング又はドレッシングに役立つ所望の表面トポグラフィーを形成するために使用できる１つ以上のパターンを形成できることを認識するであろう。本発明の実施形態では、これらのパターンの各々は、パターンの境界、したがって形状．を規定する物体を有することができる。ある実施形態では、パターンの形状は、低ＣＴＥの基材材料の形状と同様であるように調整される（例えば、低ＣＴＥの基材材料が円形の側面を有する場合、パターンは円形の形状を有することができる）。利用することができるパターンの例は、面心立方パターン、立方体パターン、六角形パターン、菱形パターン、らせんパターン、ランダムパターン及びこのようなパターンの組み合わせを含む。さらに、１つ以上のサブパターン及び１つ以上のランダムパターンを組み合わせて、混合パターンを形成することが可能である。同様に、不規則な研磨粒子パターン（例えば、粒子が基材に不規則に分布される）を使用することができる。ランダム分布又はパターン化された分布で配置されたパターンの他に、繰り返しパターンが存在せず、かつ研磨粒子なしのゾーンも存在しないように、Ｓａｉｎｔ−ＧｏｂａｉｎＡｂｒａｓｉｖｅｓ，Ｉｎｃ．によって開発された自己回避型のランダム分布（ＳＡＲＤ（商標））を使用することができる。

研磨工具が、金属結合剤と低ＣＴＥの基材との間に及び研磨粒子と金属結合剤との間に、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲のＣＴＥミスマッチを達成するようにするために、研磨粒子、低ＣＴＥの基材及び金属結合材料が上記の範囲を可能にするＣＴＥを有することが望ましい。本発明の一実施形態では、研磨粒子は、約１．０μｍ／ｍ−℃〜約８．０μｍ／ｍ−℃の範囲にあることができるＣＴＥを有し、金属結合剤は、約５．０μｍ／ｍ−℃〜約２０．０μｍ／ｍ−℃の範囲にあることができるＣＴＥを有し、また低ＣＴＥの基材は、約１．０μｍ／ｍ−℃〜約１０．０μｍ／ｍ−℃の範囲にあることができるＣＴＥを有する。これらの実施形態では、ＣＴＥ値が３００℃未満で測定されたことを指摘する。

研磨粒子に対し、様々な実施形態の低ＣＴＥの基材は、研磨粒子のＣＴＥの約１００％以下だけ異なる。他の実施形態では、低ＣＴＥの基材は、研磨粒子のＣＴＥの約５０％以下だけ異なる。好ましい実施形態では、低ＣＴＥの基材は、研磨粒子のＣＴＥの約２０％以下だけ異なる。

研磨粒子のＣＴＥにより緊密に合う低ＣＴＥの基材を使用する研磨工具を有する結果、平坦かつ一貫した表面トポグラフィーを達成することができる。このことは、ＣＭＰプロセス中のＣＭＰコンディショナーの改良及び性能の向上に相関する。本明細書に使用されているように、表面トポグラフィーの平坦度は、ＣＭＰコンディショナーの頂部作用表面のピークから谷への平坦度偏差である。表面トポグラフィーの測定は、白色光色収差技術を使用するＭｉｃｒｏＭｅａｓｕｒｅ３ＤＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒなどのプロフィロメータを使用することによって達成される。ある実施形態では、作用表面の約９６ｍｍ×約９６ｍｍの面積を輪郭形成して、平坦度及び起伏の両方を測定するために、ＭｉｃｒｏＭｅａｓｕｒｅ３ＤＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒが使用された。このような実施形態では、走査領域用に使用されるステップサイズは、Ｙ軸で約７０．０μｍ及びＸ軸で約２５０．０μｍであった。表面のピークから谷までの平坦度の偏差のような平坦度パラメータ（ＦＬＴｔ）、ピークから基準までの平坦度偏差（ＦＬＴｐ）、基準から谷までの平坦度偏差（ＦＬＴｖ）及び２乗平均平方根の平坦度偏差（ＦＬＴｑ）が、最小２乗法によって平滑化された表面に基づきＩＳＯ１２７８１標準に従って計算された。次に、これらの値は、ユーザが選択したカットオフ値でローパスフィルタ処理されて、走査領域全体について計算した。さらに、評価された形状の相加平均偏差のような起伏パラメータ、評価された形状の２乗平均平方根（ＲＭＳ）偏差、評価長さにおける形状の合計の高さ、サンプリング長さ内の最高の形状ピーク高さ、サンプリング長さ内の最高の形状谷深さ、及びサンプリング長さ内の形状の最高高さが計算された。サンプリング長さにおける起伏パラメータを規定するＩＳＯ４２８７標準と、すべての利用可能なサンプリング長さにおける平均を提供するＩＳＯ４２８８標準とを使用して、これらのパラメータに関する値が計算された。

ある実施形態では、上述の方法でＭｉｃｒｏＭｅａｓｕｒｅ３ＤＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒを使用して、研磨工具２０から形成されたＣＭＰコンディショナーが、約１５０μｍ以下の表面トポグラフィーの平坦度を有することが本明細書で確認されている。他の実施形態では、表面トポグラフィーの平坦度は、約１００μｍ以下であり得る。好ましい一実施形態では、表面トポグラフィーの平坦度は、約７０μｍ以下であり得る。

本明細書に記載した研磨工具から形成されたＣＭＰコンディショナーは、次の方法で得られる。一実施形態では、低ＣＴＥの基材材料は予備成形物として使用される。金属結合剤の層が低ＣＴＥの基材に適用され、研磨粒子の層が金属結合剤に適用されて、そのままの研磨工具を形成する。次に、そのままの研磨工具はオーブン内で乾燥される。一実施形態では、そのままの研磨工具をオーブン内で乾燥することは、約８時間の間約２６０℃の温度でオーブン内に研磨工具を維持することを含む。乾燥後、そのままの研磨工具は、真空炉内で所定のソーキング温度で焼成される。一実施形態では、そのままの研磨工具は、真空炉内で約４０分間約１０２０℃のソーキング温度で焼成され、その後、研磨工具が形成されていると考えられる。当業者は、ソーキング温度と時間を変更できること、及び他の値を選択し得ることを認識するであろう。

他の実施形態では、研磨工具が形成された後、被覆を作用表面に適用することができる。本明細書に使用されているように、作用表面は、動作中にＣＭＰパッド又はこのような他の研磨パッドに向かって面するか又は接触するＣＭＰコンディショナーのような研磨工具の表面である。一実施形態では、被覆は耐食性である。特に、被覆は、フッ素ドープのナノコンポジット被覆及び疎水性のポリマー被覆からなる群から選択することが可能である。疎水性のポリマー被覆の非網羅的なリストは、フッ化エチレンプロピレン（ＦＥＰ）、パリレンと他のフルオロレジン被覆を含む。当業者は、フッ素ドープのナノコンポジット被覆及び疎水性のポリマー被覆は、１つ以上の追加のドーパントを含むことができることを認識するであろう。他の実施形態では、被覆は疎水性又は親水性でもよい。被覆をＣＭＰコンディショナーの作用表面に適用する形態の詳細は、２００９年６月２日に出願されたＣｏｒｒｏｓｉｏｎ−ＲｅｓｉｓｔａｎｔＣＭＰＣｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇＴｏｏｌｓＡｎｄＭｅｔｈｏｄｓＦｏｒＭａｋｉｎｇＡｎｄＵｓｉｎｇＳａｍｅと題する共通に譲渡された米国仮特許出願第６１／１８３２８４号明細書に提供されており、その内容全体は参照により本明細書に援用される。ダイヤモンドのようなナノコンポジット被覆に関する追加の情報は、例えば、１９９４年１０月４日にＤｏｒｆｍａｎらに交付された米国特許第５，３５２，４９３号明細書、ＭｅｔｈｏｄｆｏｒＦｏｒｍｉｎｇＤｉａｍｏｎｄ−ＬｉｋｅＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｏｒＤｏｐｅｄ−Ｄｉａｍｏｎｄ−ＬｉｋｅＮａｎｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅＦｉｌｍｓに記載されており、その教示の内容全体は参照により本明細書に援用される。このような被覆は、典型的に、水素によって安定化された主にｓｐ３結合炭素、酸素によって安定化されたガラスのようなシリコンの相互侵入不規則網目及び周期律表の１〜７ｂ及び８族からの元素の不規則網目を特徴とするアモルファス材料である。例えば、その教示の内容全体が参照により本明細書に援用される２００８年８月１４日に公開されたＪａｃｑｕｅｔらへの米国特許出願公開第２００８／０１９３６４９Ａ１号明細書、ＣｏａｔｉｎｇＣｏｍｐｒｉｓｉｎｇＬａｙｅｒｅｄＳｔｒｕｃｔｕｒｅｓｏｆＤｉａｍｏｎｄ−ＬｉｋｅＣａｒｂｏｎＬａｙｅｒｓに記載されているような層状の構造も使用することができる。

図３と図４は、研磨粒子と低ＣＴＥの材料基材との結合部の微細構造を示した走査電子顕微鏡画像を示している。特に、図３の走査電子顕微鏡画像３０は、低ＣＴＥの基材３４に確実に結合された研磨粒子３２の結合部の微細構造を示しており、一方、図４の走査電子顕微鏡画像４０は、特定の研磨粒子３２と低ＣＴＥの基材３４との間の化学的結合の強度のさらなる詳細を示している。両方の画像において、研磨粒子３２と低ＣＴＥの基材３４との化学的結合は確実に所定位置にあり、粒子が変位される可能性は小さい。

本明細書に記載した研磨工具からＣＭＰコンディショナーを形成した後、コンディショナーは、ＣＭＰパッドをコンディショニング又はドレッシングするために使用される態勢にある。一実施形態では、ＣＭＰパッドの作用表面はＣＭＰコンディショナーによって接触される。ＣＭＰパッドの磨き直しは、コンディショニング動作又はドレッシング動作中にＣＭＰパッドの作用表面と接触するＣＭＰコンディショナーに応じて開始する。

本明細書に記載した実施形態に従って形成されたＣＭＰコンディショナー研磨工具の特定の実施例を以下に提供する。

実施例１：
この実施例では、ＣＭＰコンディショナーが、金属結合剤によって低ＣＴＥの基材に結合された研磨粒子を含む研磨工具から形成された。この実施例では、研磨粒子はダイヤモンド粒子であり、金属結合剤はＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥであり、また低ＣＴＥの基材はアンバーであった。この実施例のＣＭＰコンディショナーを形成するために使用された研磨工具は、上述のように形成された。ＣＭＰコンディショナーを形成した後、表面トポグラフィーの平坦度及び起伏を測定するために、ＭｉｃｒｏＭｅａｓｕｒｅ３ＤＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒが使用された。図５の画像５０に示したように、ＣＭＰコンディショナーの表面トポグラフィーはほぼ一様かつ均一であり、激しい変形は示されていない。

比較例１：
この比較例では、ＣＭＰコンディショナーが、金属結合剤によってステンレス鋼基材に結合された研磨粒子を有する研磨工具から形成された。この比較例では、研磨粒子はダイヤモンド粒子であり、金属結合剤はＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥであり、またステンレス鋼基材は４３０ＳＳであった。この研磨工具は、上述のようにＣＭＰコンディショナーを形成するために使用され、表面トポグラフィーの平坦度及び起伏を測定するために、ＭｉｃｒｏＭｅａｓｕｒｅ３ＤＳｕｒｆａｃｅＰｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒが使用された。図６の画像６０に示したように、表面トポグラフィーは、４３０ＳＳ基材と、研磨粒子及び金属結合剤の複合層との間のＣＴＥのミスマッチのために生じる変形の故に一様でなくかつ不均一である。低ＣＴＥの基材アンバーで製造されたＣＭＰコンディショナーは、ステンレス鋼４３０ＳＳ基材によって製造されたＣＭＰコンディショナーよりもはるかに平坦である。

比較例２：
この比較例では、実施例１に記載したような低ＣＴＥの基材アンバーから製造されたＣＭＰコンディショナー、及び比較例１に記載した４３０ＳＳ基材から製造されたＣＭＰコンディショナーが、各コンディショナーの寿命及び性能を決定するために同一の荷重下に置かれた。この比較例では、圧力センサの感圧フィルムがＣＭＰコンディショナーの頂部作用表面に配置された。次に、約１０ｌｂｓ〜約５００ｌｂｓの範囲にあり得る荷重がＣＭＰコンディショナーの頂部作用表面に置かれた。荷重の解放後、ＣＭＰコンディショナーの作用表面のトポグラフィーを決定するために、表面が分析された。この比較例では、図７の画像７０に示したように、低ＣＴＥの基材アンバーから製造されたＣＭＰコンディショナーは、均一な作用表面を有し、したがって、より多くの研磨粒子がＣＭＰコンディショニングに含まれる。したがって、このＣＭＰコンディショナーの寿命及び性能一貫性が向上する。他方、４３０ＳＳ基材から製造されたＣＭＰコンディショナーは、不均一な作用表面を有し、したがって、より多くの研磨粒子がＣＭＰコンディショニングに含まれない。したがって、このＣＭＰコンディショナーの性能は、低ＣＴＥの基材アンバーを有するＣＭＰコンディショナーほど優れていない。

実施例２：
この実施例では、ＣＭＰコンディショナーが、金属結合剤によって低ＣＴＥの基材に結合された研磨粒子を含む研磨工具から形成された。特に、研磨粒子はダイヤモンド粒子であり、金属結合剤はＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥであり、また低ＣＴＥの基材はアンバーであった。ＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥがアンバーに加えられ、ダイヤモンド粒子がＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥに加えられて、そのままの研磨工具が形成された。そのままの研磨工具が、オーブン内で約２６０℃の温度で約８時間乾燥された。乾燥後、研磨工具を形成するために、そのままの研磨工具が真空炉内で約１０２０℃の所定のソーキング温度で約２０分間焼成された。研磨工具の形成後、フッ素ドープのナノコンポジット被覆が研磨工具の作用表面に適用された。

半導体ウェハを平坦化又は研磨するために使用されたＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅのＣＭＰパッドをコンディショニングするために、この実施例で形成された研磨工具がＣＭＰコンディショナーとして使用された。ＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅに関する研磨パラメータ設定は、プラテン速度、ウェハヘッド速度、膜圧及びスラリー量を含んでおり、一方、コンディショニングパラメータ設定はモード、圧下力及びディスクヘッド速度を含んでいた。この実施例では、プラテン速度は毎分９３回転（ＲＰＭ）に設定され、ウェハヘッド速度は８７ＲＰＭに設定され、膜圧は１平方インチ当たり３ポンド（ＰＳＩ）に設定され、スラリー量は毎分２００ミリリットル（ｍｌ／分）に設定され、モードはｉｎ−ｓｉｔｕであり、圧下力はフォース当たり７ポンド（ｌｂｆ）に設定され、ディスクヘッド速度は９３ＲＰＭに設定された。

図８Ａと図８Ｂは、この実施例で形成されたＣＭＰコンディショナーによってコンディショニングされたＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅによって研磨されたウェハに関するウェハ均一性を示したプロットである。特に、図８Ａは、研磨動作後にウェハの縁部からウェハの中央まで、及び他の縁部（中央からの距離（ＤＦＣ））まで測定されるようなＣＭＰ機によるウェハの除去率（ＲＲ）のプロット８０を示している。同様に、図８Ｂは、ＲＲ対ＤＦＣのプロット８５を示しているが、より多数のウェハが特定の異なる回数研磨された後のプロットを示している。特に、図８Ｂは、最大９９９のウェハを研磨するためにＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅが使用された後の研磨結果を示している。ウェハ２１、ウェハ１３７、ウェハ３３７、ウェハ４９６、ウェハ６７６、及びウェハ９９９を研磨した後に、測定が行われた。図８Ａと図８Ｂのプロットの両方は、この実施例で形成されたＣＭＰコンディショナーによって補助されたＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅが、ウェハの一方の縁部からウェハの中央まで、及びウェハの他方の縁部まで測定されたような平坦かつ一貫したウェハ形状を生成したことを示している（各研磨動作を実行した後にウェハを走査するために、完全な点プローブを使用することによって、図８Ａと図８Ｂにプロットした測定が得られたことに留意されたい）。これらの結果は、ダイヤモンド粒子、ＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥ及びアンバーから形成され、かつフッ素ドープのナノコンポジット被覆で被覆されたＣＭＰコンディショナーが、一貫して平坦であるより均一なウェハ形状をもたらすようにウェハ形状に直接影響を及ぼすことを実証している。

図８Ａと図８Ｂに示した結果が繰り返し可能であることを保証するために、この実施例について上述したような他のＣＭＰコンディショナーが製造され、かつ同一の機械パラメータ設定下でウェハを研磨するために同一のＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅと連係して使用された。これらのウェハのウェハ形状の測定が図９のプロット９０に示されている。特に、図９は、この実施例のＣＭＰコンディショナーによって補助されたＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅが、ウェハの一方の縁部からウェハの中央まで、及びウェハの他方の縁部まで測定されるような平坦かつ一貫したウェハ形状を生成したことを再び示している。より具体的には、図９は、約１８時間の試験に及んだ１０００のウェハの研磨動作にわたって、ウェハ形状が一貫して平坦なままであったことを示している。したがって、図９のプロット９０は、ダイヤモンド粒子、ＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥ及びアンバーから形成され、かつフッ素ドープのナノコンポジット被覆で被覆されたＣＭＰコンディショナーに関する図８Ａと図８Ｂの結果が繰り返し可能であったことを示しており、またこのＣＭＰコンディショナーが一貫した均一なウェハ形状の生成を補助したことを実証している。

図１０Ａと図１０Ｂは、ダイヤモンド粒子、ＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥ及びアンバーとから形成され、かつフッ素ドープのナノコンポジット被覆で被覆されたＣＭＰコンディショナーが、ウェハの研磨に対しどのようにプラスの効果を有するかを示す他のプロットを示している。特に、図１０Ａは、この実施例のＡＭＡＴＭｉｒａＣＭＰＭａｃｈｉｎｅ及びＣＭＰコンディショナーで研磨されたウェハの数に対する除去率（ＲＲ）のプロット１００を示している。特に、図１０Ａは、０〜１０００のウェハのＲＲが安定しかつ一貫していたことを示している。図１０Ｂは、研磨されたウェハの数に対するＲＲの範囲を示したプロット１１０を示している。本明細書に使用されているように、ＲＲの範囲は最大ＲＲから最小ＲＲを引いたものである。図１０Ｂに示したように、ＲＲの範囲は１０００のウェハの研磨にわたって最小であり、このことは、非常に安定した除去率を示している。このことは、ダイヤモンド粒子、ＮＩＣＲＯＢＲＡＺＥ及びアンバーから形成され、かつフッ素ドープのナノコンポジット被覆で被覆されたＣＭＰコンディショナーが、一貫して平坦であるより均一なウェハ形状をもたらすようにウェハ形状に直接影響を及ぼすことを実証している。

好ましい実施形態と関連して、本開示について特に図示しかつ説明してきたが、変更及び修正が当業者に想起されることが認識されるであろう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本開示の真の精神内に含まれるこのようなすべての修正及び変更を網羅すると意図されることを理解すべきである。

Claims

金属結合剤によって低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材に結合された研磨粒子を含む研磨工具であって、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがあり、前記全体的なＣＴＥミスマッチが前記研磨粒子及び前記金属結合剤のＣＴＥミスマッチと、前記低ＣＴＥの基材及び前記金属結合剤のＣＴＥミスマッチとの差である研磨工具。
前記研磨粒子が約１．０μｍ／ｍ−℃〜約８．０μｍ／ｍ−℃の範囲のＣＴＥを有する、請求項１に記載の研磨工具。
前記金属結合剤が約５．０μｍ／ｍ−℃〜約２０．０μｍ／ｍ−℃の範囲のＣＴＥを有する、請求項１に記載の研磨工具。
前記低ＣＴＥの基材が約１．０μｍ／ｍ−℃〜約１０．０μｍ／ｍ−℃の範囲のＣＴＥを有する、請求項１に記載の研磨工具。
前記研磨粒子が、酸化物、ホウ化物、炭化物、窒化物、ダイヤモンド粒子及びｃＢＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の研磨工具。
前記研磨粒子が、単一のダイヤモンド粒子、多結晶ダイヤモンド粒子、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ジルコニア、ｃＢＮ、ＳｉＣ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の研磨工具。
前記金属結合剤が、ろう付け材料、金属粉末結合材料、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の研磨工具。
前記低ＣＴＥの基材が、アンバー、スーパーアンバー及びコバール、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項１に記載の研磨工具。
前記低ＣＴＥの基材が、アンバー３６、スーパーアンバー及びコバール、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項８に記載の研磨工具。
前記低ＣＴＥの基材のＣＴＥが、前記研磨粒子のＣＴＥの約１００％以下だけ異なる、請求項１に記載の研磨工具。
前記低ＣＴＥの基材のＣＴＥが前記研磨粒子のＣＴＥの約５０％以下だけ異なる、請求項１０に記載の研磨工具。
前記低ＣＴＥの基材のＣＴＥが前記研磨粒子のＣＴＥの約２０％以下だけ異なる、請求項１１に記載の研磨工具。
前記工具が化学機械研磨（ＣＭＰ）のコンディショナーを備える、請求項１に記載の研磨工具。
前記ＣＭＰコンディショナーが約１５０μｍ以下の表面トポグラフィー平坦度を有する、請求項１３に記載の研磨工具。
前記ＣＭＰコンディショナーが約１００μｍ以下の表面トポグラフィー平坦度を有する、請求項１４に記載の研磨工具。
前記ＣＭＰコンディショナーが約７０μｍ以下の表面トポグラフィー平坦度を有する、請求項１５に記載の研磨工具。
前記ＣＭＰコンディショナーが、前記ＣＭＰコンディショナーの作用表面に適用された被覆を備える、請求項１３に記載の研磨工具。
前記被覆が耐食性である、請求項１７に記載の研磨工具。
前記被覆が、フッ素ドープのナノコンポジット被覆及び疎水性ポリマー被覆からなる群から選択される、請求項１７に記載の研磨工具。
前記フッ素ドープのナノコンポジット被覆及び前記疎水性ポリマー被覆が１つ以上の追加のドーパントを含む、請求項１９に記載の研磨工具。
前記被覆が疎水性である、請求項１７に記載の研磨工具。
前記被覆が親水性である、請求項１７に記載の研磨工具。
研磨工具を形成する方法であって、
低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材を予備成形物として用意するステップと、
金属結合剤を前記低ＣＴＥの基材に適用するステップと、
研磨粒子を前記金属結合剤に適用して、そのままの研磨工具を形成するステップであって、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがあり、前記全体的なＣＴＥミスマッチが前記研磨粒子及び前記金属結合剤のＣＴＥミスマッチと、前記低ＣＴＥの基材及び前記金属結合剤のＣＴＥミスマッチとの差であるステップと、
前記そのままの研磨工具をオーブンで乾燥するステップと、
前記そのままの研磨工具を炉内で所定の燃成温度で焼成して、前記研磨工具を形成するステップと、
を含む方法。
前記研磨工具が約１５０μｍ以下の表面トポグラフィー平坦度を有する、請求項２３に記載の方法。
前記研磨工具が約１００μｍ以下の表面トポグラフィー平坦度を有する、請求項２４に記載の方法。
前記研磨工具が約７０μｍ以下の表面トポグラフィー平坦度を有する、請求項２５に記載の方法。
被覆を前記研磨工具の作用表面に適用するステップをさらに含む、請求項２３に記載の方法。
前記被覆が耐食性である、請求項２７に記載の方法。
前記被覆が、フッ素ドープのナノコンポジット被覆及び疎水性ポリマー被覆からなる群から選択される、請求項２７に記載の方法。
前記フッ素ドープのナノコンポジット被覆及び前記疎水性ポリマー被覆が１つ以上の追加のドーパントを含む、請求項２９に記載の方法。
前記被覆が疎水性である、請求項２７に記載の方法。
前記被覆が親水性である、請求項２７に記載の方法。
前記研磨粒子が約１．０μｍ／ｍ−℃〜約８．０μｍ／ｍ−℃のＣＴＥ範囲を有する請求項２３に記載の方法。
前記金属結合剤が約５．０μｍ／ｍ−℃〜約２０．０μｍ／ｍ−℃の範囲のＣＴＥを有する、請求項２３に記載の方法。
前記低ＣＴＥの基材が約１．０μｍ／ｍ−℃〜約１０．０μｍ／ｍ−℃の範囲のＣＴＥを有する、請求項２３に記載の方法。
前記低ＣＴＥの基材のＣＴＥが前記研磨粒子のＣＴＥの約１００％以下だけ異なる、請求項２３に記載の方法。
前記低ＣＴＥの基材のＣＴＥが前記研磨粒子のＣＴＥの約５０％以下だけ異なる、請求項３６に記載の方法。
前記低ＣＴＥの基材のＣＴＥが前記研磨粒子のＣＴＥの約２０％以下だけ異なる、請求項３７に記載の方法。
前記研磨粒子が、酸化物、ホウ化物、炭化物、窒化物、ダイヤモンド粒子、ｃＢＮ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
前記研磨粒子が、単一のダイヤモンド粒子、多結晶ダイヤモンド粒子、アルミナ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ジルコニア、ｃＢＮ、ＳｉＣ、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
前記金属結合剤が、ろう付け材料、金属粉末結合材料、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
前記低ＣＴＥの基材が、アンバー、スーパーアンバー及びコバール、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項２３に記載の方法。
前記低ＣＴＥの基材が、アンバー３６、スーパーアンバー及びコバール、及びそれらの組み合わせからなる群から選択される、請求項４２に記載の方法。
化学機械研磨（ＣＭＰ）パッドをコンディショニングする方法であって、
前記ＣＭＰパッドの作用表面と研磨工具とを接触させるステップであって、前記研磨工具が、金属結合剤によって低熱膨張係数（ＣＴＥ）の基材に結合された研磨粒子を含み、約０．１μｍ／ｍ−℃〜約５．０μｍ／ｍ−℃の範囲の全体的なＣＴＥミスマッチがあり、前記全体的なＣＴＥミスマッチが前記研磨粒子及び前記金属結合剤のＣＴＥミスマッチと、前記低ＣＴＥの基材及び前記金属結合剤のＣＴＥミスマッチとの差であるステップと、
前記ＣＭＰパッドの前記作用表面を研磨工具で磨き直して、前記ＣＭＰパッドをコンディショニングするステップと、
を含む方法。