JP2014504458A - Ｃｍｐパッド状態調節ツール - Google Patents

Abstract

本開示は少なくとも１つの統合研磨突起部を含むＣＭＰパッド状態調節ツールを提供する。本開示は、さらに、このＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための方法を、ＣＭＰパッドを状態調節するために上記ツールを使用するための方法とともに提供する。
【選択図】図６

Description

技術分野及び産業上の利用性
本開示はケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）パッドの再状態調節のための新規ツール及び方法を提供する。本開示は本開示中に記載される新規ツールを調製するための方法ならびにその使用方法をさらに含む。

発明の背景
ＣＭＰ法は当該技術分野でよく知られており、集積回路ウエハを研磨するために通常に使用されている。ＣＭＰプロセスにおいて、研磨性反応体、研磨材及びキャリア流体を多孔質パッドによりウエハ表面に適用する。化学及び機械作用の組み合わせにより、パッドは研磨されているウエハを、滑らかなウエハ表面が得られるようにリサーファスする。ＣＭＰパッドの有用性を維持するために、均一で繰り返し可能な研磨性能を維持するために周期的に再状態調節されなければならない。この再状態調節は使用済み反応体、研磨材及び研磨屑を除去するためのパッド状態調節ツールを使用することができる。

種々のＣＭＰパッド状態調節ツールも当該技術分野で知られている。通常、これらの状態調節ツールは結合剤によって基材上にランダムに保持された研磨材を含む。米国特許出願公開第２００９／０２７５２７４号明細書は、例えば、金属支持体の表面にろう付け金属により固定された研磨粒を含む状態調節ツールを記載している。同様に、米国特許第７，６４１，５３８号明細書はろう付け合金を用いて基材に固定された研磨粒子及び焼結耐腐食性粉末を含むＣＭＰパッド状態調節ツールを記載している。

米国特許出願公開第２０１０／０１３９１７４号明細書は研磨粒子がアミノ樹脂、アクリレート樹脂、ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、フェノール樹脂などの有機材料を用いて基材の表面に固定されている、ＣＭＰ状態調節パッドを記載している。米国特許出願公開第２００９／０２２４３７０号明細書はＣＭＰ状態調節ツールの調製のための基材の表面上でのＣＶＤダイアモンドの成長を記載しており、ＰＣＴ／ＵＳ２００８／０７３８２３はろう付けフィルムから調製されたろう付け合金を用いて基材に結合された研磨粒を含むＣＭＰパッド状態調節ツールを開示している。

上記のＣＭＰパッド状態調節ツールは再状態調節プロセスにおいて広く使用されてきたが、上記の研磨材は不規則様式で研磨しそして研磨パッドを変形させる非平面表面をしばしばもたらし、状態調節プロセスの制御を限定する。さらに、上記のＣＭＰパッド状態調節ツールの多くは基材へ研磨粒子を保持している結合剤の破損の結果としてＣＭＰパッド上で研磨粒子又は他の汚染物を解放することがある。もし汚染物を含むＣＭＰパッドが、その後に、集積回路ウエハを研磨するために使用されるならば、ウエハは損傷を受けることになり得る。

それゆえ、求められているものは、上記の欠点に悩まされることのないＣＭＰパッドコンディショナーである。

発明の要旨
本開示はＣＭＰパッド再状態調節プロセスのより完全な制御を行う、完全に統合された研磨突起部アレイを含むＣＭＰパッド状態調節ツールを提供する。これらの研磨突起部は研磨粒子の損失を生じさせない高強度結合により基材に統合的に取り付けられている。本開示は、ＣＭＰパッド状態調節ツールにおいて、制御された単一突起部又は制御された突起部アレイを製造する方法をさらに提供する。

本発明はＣＭＰパッドの表面の状態調節のためのケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）パッド状態調節ツールを含む。ツールはツール面を有するツール本体を含み、そのツール本体及びツール面は多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含む。ツール面は該ツール面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を有し、該少なくとも１つの統合研磨突起部は状態調節されるＣＭＰパッドの表面に対して９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する。

ある実施形態において、少なくとも１つの統合研磨突起部は統合研磨突起部のアレイを含む。特定の実施形態において、統合研磨突起部のアレイは角錐、四面体、円錐又は他の多角形のアレイを含むが、角錐、四面体、円錐又は他の多角形は状態調節されるＣＭＰパッドの表面に対して９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する。

ある実施形態において、材料は多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる。ある実施形態において、材料はＳｉＣ−ダイアモンド複合材である。

本発明は、さらに、ＣＭＰパッドの表面を状態調節するための方法を提供する。本方法は工程ａ）及び工程ｂ）を含む。工程ａ）はＣＭＰパッドの表面を、ツール面を有するツール本体を含むＣＭＰパッド状態調節ツールと接触させることを含み、前記ツール本体及びツール面は多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含み、前記ツール面は前記ツール面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を有し、前記少なくとも１つの統合研磨突起部は前記ＣＭＰパッド状態調節ツールにより接触されるＣＭＰパッドの表面に対して約９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する。工程ｂ）は前記ＣＭＰパッドの表面を、場合により１種以上の状態調節流体の存在下に状態調節することを含む。

ある実施形態において、少なくとも１つの統合研磨突起部は統合研磨突起部のアレイを含む。特定の実施形態において、統合研磨突起部のアレイは角錐、四面体、円錐又は他の多角形のアレイを含むが、ただし、角錐、四面体、円錐又は他の多角形はＣＭＰパッド状態調節ツールにより接触されるＣＭＰパッドの表面に対して約９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する。

ある実施形態において、多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料はＳｉＣ−ダイアモンド複合材である。

本発明は、さらに、ＣＭＰパッドの表面を状態調節するための装置を提供する。本装置は少なくとも１つのＣＭＰパッドを受け入れるようになっている少なくとも１つのＣＭＰパッド状態調節装置、及び、少なくとも１つのＣＭＰパッド状態調節ツールを含み、該ツールはツール面を有するツール本体を含み、該ツール本体及びツール面は多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含み、ツール面は該ツール面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を有し、該少なくとも１つの統合研磨突起部は状態調節されるＣＭＰパッドの表面に対して約９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する。

ある実施形態において、少なくとも１つの統合研磨突起部は統合研磨突起部のアレイを含む。特定の実施形態において、統合研磨突起部のアレイは角錐、四面体、円錐又は他の多角形のアレイを含むが、ただし、角錐、四面体、円錐又は他の多角形はＣＭＰパッド状態調節ツールにより接触されるＣＭＰパッドの表面に対して約９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する。

ある実施形態において、多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料はＳｉＣ−ダイアモンド複合材である。

本発明は、さらに、ＣＭＰパッドの表面を状態調節するためのＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための方法を提供する。本方法は、多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含むブランクの表面を機械加工して、請求項１記載のＣＭＰパッド状態調節ツールを製造することを含む。

ある実施形態において、機械加工は複数の統合研磨突起部をもたらす。

ある実施形態において、複数の突起部は統合研磨突起部の規則アレイである。

ある実施形態において、機械加工法はワイヤＥＤＭである。他の実施形態において、機械加工法はプランジＥＤＭである。

本発明は、本開示中に記載されるＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための別の方法をさらに含む。本方法は、約９０質量％のダイアモンド粉末、約９．５質量％のケイ素粉末及び約０．５質量％のＳｉ_３Ｎ_４を含む粉末混合物を、ケイ素塊を含むメス型中でプレスし、前記粉末及び前記塊を圧力下に加熱して、本開示中に記載されるＣＭＰパッド状態調節ツールを製造することを含む。

本発明は、本開示中に記載されるＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための別の方法をさらに含む。本方法は、約９０質量％のダイアモンド粉末、約９．５質量％のケイ素粉末及び約０．５質量％のＳｉ_３Ｎ_４を含む粉末をバインダーと混合し、粉末／バインダー混合物を形成することを含む。該方法は、前記粉末／バインダー混合物をプレスしてプレフォームを形成すること（該プレフォームはプレフォーム面を有し、前記プレフォーム面は前記プレフォーム面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を含む）、前記プレフォームを、焼却によりプレフォームからバインダーのすべてを除去するのに適する雰囲気中で、それに適する温度に加熱すること、及び、前記プレフォームを少なくとも約１０００℃の温度で少なくとも約５分間か焼して、粉末粒子を部分的に反応させそして多孔質剛性プレフォームを形成することをさらに含む。

ある実施形態において、バインダーはポリエチレングリコール又はポリビニルアルコールである。

ある実施形態において、プレフォームは少なくとも約１４５０℃の温度で少なくとも約５分間か焼される。他の実施形態において、プレフォームは約１３００℃の温度で約５分間か焼される。

ある実施形態において、方法は第二の温度で不活性ガス中又は真空下に多孔質剛性プレフォームを加熱すること、及び、前記第二の温度に加熱された剛性多孔質プレフォームを液体ケイ素と接触させることをさらに含み、それにより、液体ケイ素がプレフォームに浸透し、プレフォーム中のダイアモンドと反応してＳｉＣを生成する。

図面の簡単な説明
上記の要旨、ならびに、下記の実施形態の詳細な説明は添付の図面と組み合わせて読んだときにより良好に理解されるであろう。例示の目的で、好ましいと思われる幾つかの実施形態が図面に示されている。しかしながら、記載された実施形態は示されている正確な配置及び手段に限定されないものと理解されるべきである。

図１はツールの表面に統合された均一に分布された正四角錐のアレイがツールの表面にあるＳｉＣ−ダイアモンド複合材ＣＭＰパッド状態調節ツールの表面を示す。

図２は図１に示したツールの表面上に示されるパターンの模式図である。

図３は種々の突起部アレイを形成するために使用されうる汎用型ワイヤＥＤＭカッティングパターンの模式図である。

図４は図１に観察される正四角錐パターンを有する基材となるように使用されるワイヤＥＤＭカッティングパターンの模式図である。

図５は本開示中に記載されるＣＭＰパッド状態調節ツールの研磨突起部と状態調節されるＣＭＰパッドとの間に形成される角度の模式図である。

図６は例３に記載されるとおりのパターンの模式図である。

詳細な説明
本開示は少なくとも１つの、そしてある実施形態では、完全に統合された研磨突起部のアレイを含むＣＭＰパッド状態調節ツールを提供し、その突起部はＣＭＰパッド再状態調節プロセスのより完全な制御を提供する。統合研磨突起部及びそれが載っている基材は本開示中に記載されている種々の方法の１つを用いて単一片の材料から形成される。単一片の材料から基材及び突起部を作ると、基材とその上にある研磨突起部を接着し又は他の方法で間接的に結合する必要性がなくなる。完全に統合された突起は研磨粒子損失を実質的に受けにくくする。

いかなる特定の理論に執着するつもりはないが、研磨粒子損失の受けやすさの欠如は基材及び研磨突起部を調製するために使用される材料の本来の強度、ならびに、ＣＭＰプロセスの間に通常に使用される研磨スラリー中の薬品による腐食攻撃に対するこの材料の耐性に少なくとも部分的に依っているものと考えられる。それゆえ、米国特許第７，６４１，５３８号明細書中に記載されるような既知のＣＭＰパッド状態調節ツールと比較して、本開示中に記載されるＣＭＰパッド状態調節ツールはより高い研磨粒子保持率及びより長いツール寿命を提供する。本開示中に記載される方法及び材料は、また、統合された研磨突起部のカッティング作用の攻撃性を最適化しそして制御することができる。

本開示は少なくとも１つの統合研磨突起部又はそのアレイを有するＣＭＰパッド状態調節ツールの製造方法をさらに提供する。例えば、本開示中に記載されるＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための方法は統合研磨突起部の幾何形状に完全な制御性を提供する。統合研磨突起部の高さ、幅、スペーシング、及び形状を制御する能力は本状態調節ツールに共通する不規則性を無くし、既知のランダムアレイに一般的な１種以上の過度に攻撃的な突起部を補正しそして除去することの必要性を無くす。例えば、米国特許出願公開第２０１０／０１８６４７９号明細書を参照されたい。本開示中に記載されるツール及び方法は状態調節プロセスの繰り返し可能性も改良する。

ある実施形態において、ＣＭＰパッド状態調節ツールは多結晶ダイアモンド（例えば、Ｃｏ−結合多結晶ダイアモンド及びＳｉ−Ｃ結合ダイアモンド）、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素、それらの組み合わせ又は他の極端に剛性でかつ耐腐食性材料などの既知の材料から製造されうる。これらの剛性で耐腐食性の材料は単結晶材料として、多結晶材料として、又は、複合材として存在してよい。

例えば、ある実施形態において、ＣＭＰパッド状態調節ツールは米国特許第５，１０６，３９３号明細書に記載されている材料などのＳｉＣ−ダイアモンド複合材から調製でき、その全内容を参照により本開示中に取り込む。特定の実施形態において、ＳｉＣ−ダイアモンド複合材は、ｘ−線回折により測定して、約７８質量％〜約８２質量％のダイアモンド、約１８質量％〜約２０質量％のＳｉＣ、及び、場合により、約１質量％〜約２質量％の未反応のＳｉを含むことができる。

Ｓｉ_３Ｎ_４がＳｉＣ／ダイアモンド複合材を調製するために使用される材料の混合物中に含まれる場合には、若干量の窒素は処理の間に溶融混合物中に浸透し、炭素を置換する。若干量の窒素は得られる材料に導電性を付与する。ＳｉＣ−ダイアモンド複合材中の窒素の量は、通常、総組成物の約０．２質量％未満である。複合材中に使用されるダイアモンドは単一粒子サイズを含み、又は、場合により、任意の組み合わせの粒子サイズを含むことができ、サブミクロンサイズ〜約２００ミクロンの範囲にある。

特定の実施形態において、ＳｉＣ−ダイアモンド複合材は２種の異なる粒子サイズのダイアモンドの混合物を含むことができる。ある実施形態において、一次ダイアモンド粒子サイズは約２０ミクロンであることができ、二次ダイアモンド粒子サイズは約５ミクロンであることができる。これらのダイアモンドは約１：１０〜約１０：１の質量比で混合されうる。特定の実施形態において、一次ダイアモンド粒子サイズ／二次ダイアモンド粒子サイズの質量比は約４：１である。

ある実施形態において、ＣＭＰ状態調節パッドにおける使用に適するものとして本開示中に記載される材料はＣＶＤ法により製造されうる。多結晶ダイアモンド及び立方晶窒化ホウ素は既知のＨＰＨＴ法により製造されうる。反応焼結ダイアモンド及び立方晶窒化ホウ素複合材はＨＰＨＴ焼結、毛細管浸入（capillary infiltration）、反応焼結又は従来法焼結により製造されうる。ＳｉＣなどの単結晶従来型研磨材、又は研磨結晶の焼結集合体もこれらの方法により製造されうる。

ＣＭＰ状態調節パッドにおける使用に適するものとして本開示中に記載されるいずれの材料も、生来的に導電性であり、導電性又は半導体となるようにドープされ、又は、材料の混合物を含み、そのうちの１種以上が導電性であることができる。導電性はプラズマ機械加工法、例えば、アークワイヤＥＤＭ、プランジＥＤＭ、成形電極放電グラインディング（formed Electrode discharge grinding）、放電グラインディング及び当業者に知られた同様の方法を促進する。

非導電性材料では、機械加工法としては、限定するわけではないが、従来型グラインディング、リソグラフィー、レーザアブレーション及び他の従来法が挙げられる。これらの従来法はプラズマ機械加工に適するサンプルにおけるプラズマ機械加工と組み合わせて、又は、プラズマ機械加工の代わりとしても使用されうる。

本開示中に記載される材料を用いて調製されるＣＭＰパッド状態調節ツールは少なくとも１つの研磨突起部を含むことができるが、複数の突起部を含んでもよい。突起部は直線状、曲線状又は鋸歯状の縁を有することができる。突起部は任意の既知の幾何形状を取ることができ、限定するわけではないが、角錐（限定するわけではないが、正四角錐、三角錐、八角錐及び他の多角錐を含む）、切頭型角錐、四面体、円錐（完全又は切頭型）、柱状物、角柱（限定するわけではないが、三角形、長方形、五角形、六角形及び任意の他の正角柱又は非正角柱を含む）及び他の多角形が挙げられる。

限定するわけではないが、角柱、円錐及び四面体などの突起部は自然幾何学により点を有するか、又は、切頭型又は他の欠けた状態であることができる。好ましい実施形態において、突起部の幾何形状は状態調節されるＣＭＰパッドの表面と、突起部の表面との間の角度が約９０°より大きく、約９５°より大きく、１００°より大きく、又は、さらには１０５°もしくは１１０°より大きいようなものである。角度α_３は図５に示すとおりに測定されうる。

ある実施形態において、ＣＭＰパッド状態調節ツールは研磨突起部のアレイを含むことができる。配列された突起部のサイズは単一のツール内で又はツール毎に平面寸法及び高さを変更することができる。アレイは、周期的デカルト性（periodic Cartesian nature）、回転対称、反復可能な半ランダム性又は完全ランダム性を有することができる。状態調節ツールは、また、流体、反応体及び研磨屑をツールからより有効に除去できる浸入部を含むことができる。

ＣＭＰパッド状態調節ツール上の突起部は多くの方法により製造されうる。例えば、ある実施形態において、本開示中に記載される組成を有するＳｉＣ−ダイアモンド複合材は二次機械加工の必要性なしに、材料製造プロセスの間に研磨突起部を有するように成形されうる。このようなプロセスは、必要なダイアモンド及びケイ素粉末を、表面に所望の突起部又は突起部アレイのメス型を有するケイ素塊と接触させることを含む。ケイ素表面にあるメス型はエッチング、ドリリング、レーザアブレーション及び放電加工を含む既知の方法を用いて調製されうる。

製造プロセスの間に、ダイアモンド及びケイ素粉末混合物をメス型でプレスし、その形状を取る。製造プロセス、すなわち、圧力下である温度で粉末混合物を加熱するプロセスの完了時に、得られたＳｉＣ−ダイアモンド複合材はケイ素塊の対応するメス型のサイズ、形状及び空間を有する突起部を有する表面を有する。

上記の方法により調製されるＣＭＰパッド状態調節ツールは、両方とも既知の方法により、個々に又は集団で調製されうる。

他の実施形態において、ＳｉＣ−ダイアモンド複合材ＣＭＰパッド状態調節ツールは適切なケイ素及びダイアモンド粉末混合物をＰＥＧ（ポリエチレングリコール）又はＰＶＡ（ポリビニルアルコール）などのバインダーとブレンドすることによって調製でき、ダイ又はパンチでプレスされたときに、粉末混合物は「プレフォーム」を生じるように団結化される。所望の突起部又は突起部のアレイに対応する窪みを有するパンチ又はダイを製造することにより、所望の表面幾何形状を含むプレフォームは製造されうる。場合により、プレフォームへと圧縮される前に、粉末はスプレイ乾燥、凍結粒状化又は他の粒状化法などの方法を用いて粒状化されうる。

なおも所望の表面幾何形状を示しているプレフォームを、その後、制御された雰囲気及び温度を有する炉中でか焼し、バインダーを除去することができる。ある実施形態において、プレフォームを約１０００℃でか焼し、それにより、プレフォーム中のある量のケイ素はプレフォーム中のある量のダイアモンドと反応し、微細量のＳｉＣを生成するであろう。ある実施形態において、プレフォームを約１３００℃で少なくとも約５分間か焼する。微細量のＳｉＣは粒子を結合し、さらなる加工を促進する。このようにか焼されたプレフォームは、また、バインダーであったところに多孔質のマトリックスを含む。

か焼されたプレフォームを、その後、別の炉内に配置することができ、そこで、不活性ガス中で加熱し、そして液体ケイ素と接触させ、それにより、ケイ素がプレフォーム中の孔に浸入しそして満たす。浸入プロセスの間に、ケイ素はプレフォーム中のダイアモンドと反応し、ＳｉＣを生成し、ダイアモンド、ＳｉＣ及びケイ素からなる密な物体を生じる。ある実施形態において、不活性ガス下での加熱の代わりに、か焼されたプレフォームを真空中で加熱することができる。いずれもプロセスでも、ほぼ完全に密な物体を形成する。

別の実施形態において、バインダーを含むプレフォームを少なくとも約１４５０℃の温度で少なくとも約５分間か焼することができる。この種のプロセスにおいて、ＳｉからＳｉＣへの転化は実質的に完全であり、約２０％〜約５０％の体積空隙率を含むＳｉＣ−ダイアモンド複合材となる。孔の量は粉末組成、粉末処理及びプレフォームプレス加工パラメータを調節することにより制御されうる。

使用するプロセスに関係なく、得られる製品は所望の表面幾何形状を保持し、必要な後処理の後に、ＣＭＰパッド状態調節ツールとしての使用に適する。

他の実施形態において、ＣＭＰパッド状態調節ツールは、最初に基材を準備し、次いで、所望の突起部又は突起部アレイを表すように基材を機械加工することにより調製されうる。例えば、導電性ＳｉＣ−ダイアモンド複合材をＥＤＭなどのプラズマ機械加工技術に付して、種々のサイズ及び幾何形状の突起部を調製することができる。

一般的なワイヤＥＤＭ手順によると、本開示で上述したＳｉＣ−ダイアモンド複合材などの導電性材料は、円形、正方形、六角形又は他の所望の断面及び適切な直径を有するバーなどの便利な形状又はサイズで調製される。ある実施形態において、ブランクを軸が水平となるようにワイヤＥＤＭに取り付ける。次いで、ある実施形態において、最初のカッティングを、さらなる加工のための新鮮な表面を露出させるために行うことができる。

ある実施形態において、一連のカットはブランクの表面及びそれを横切って行うことができる。例示の一連のカットを図３に模式的に示す。この一連のカットは１つの方向でブランクの表面を横切って横断しており、ブランク表面の法線に対して０〜約−９０°の第一の角度α_１でブランクの表面に少なくとも１つの第一のカットを含む。特定の実施形態において、α_１は約−４５°〜約０°であることができる。カットはブランクの表面に対して垂直なラインで測定して、適切な深さでブランク中に進むことができる。この距離を図３中で−ｙ２として示す。

その後、カットを表面に平行に、所望の距離ｘ５（ｘ５は０以上であることができる）で深さ−ｙ２で進めることができる。その後、表面法線に対して第二の角度α_２でブランクから出ていくようにカットを進めることができる。ある実施形態において、α_２はα_１と同一の絶対値であるが、異なる符号であることができる（すなわち、３０°及び−３０°）。他の実施形態において、α_１及びα_２は同一であることができる。なおも別の実施形態において、α_１及びα_２は異なる絶対値でかつ異なる符号であることができる。一連のカットはブランクの表面に溝を形成することになる。

ある実施形態において、その後、所望の突起部のタイプによって、ワイヤを、第一の一連のカットに対して正又は負の方向に距離ｘ６だけ移動することにより、ワイヤを次のカットの位置とすることができる。次いで、ある実施形態において、第二の一連のカットを行い、それにより、次の溝、又は、一連の溝をブランクの表面に切削することができる。このプロセスを、切削するさらなる表面が存在しなくなるまで所望により繰り返すことができる。

ブランクの表面に所望の数の適切な形状の溝を切削した後に、ブランクをその軸に関して角度βだけ回転することができ、そして上記の切削プロセスを繰り返すことができ、それにより、第二の一連の溝を第一の一連の溝に対して角度βで形成する。所望の突起部の形状、サイズ及び間隔により、回転角β及び溝切削をさらなる回数繰り返してよい。

ＣＭＰパッド状態調節ツールはＣＭＰパッド表面を横切ってツールを移動させる装置モジュール中の１つ以上のツールのアセンブリに取り込まれることができる。

例

本開示に記載のＣＭＰパッド状態調節ツール及びその製造方法を以下の実施例を参照してさらに詳述する。これらの実施例は例示の目的のみで提供され、そしてＣＭＰパッド状態調節ツール及びその製造方法は決してこれらの実施例に限定されるものと解釈されるべきでなく、むしろ、本開示に提供される教示の結果として明らかになる任意のすべての変形をも包含するものと解釈されるべきである。

例１

ほぼ柱状のＳｉＣ−ダイアモンド複合材を下記の手順により調製した。約９０質量％のダイアモンド、約９．５質量％のＳｉ粉末及び約０．５質量％Ｓｉ_３Ｎ_４を含む混合物を調製した。ダイアモンド粉末は４部の約２０ミクロンの粒子サイズのダイアモンド粉末及び１部の約５ミクロンの平均粒子サイズのダイアモンド粉末を含んだ。Ｓｉ粉末は平均粒子サイズが約１０ミクロン未満であり、Ｓｉ_３Ｎ_４粉末は粒子サイズが約１ミクロンであった。

粉末混合物を、次いで、圧力セル中に装填し、そしてケイ素の塊と接触させた。その後、この材料を約３０ｋＢａｒ以下の圧力で約１６００℃でＨＰＨＴに付した。３０分後に、温度及び圧力を徐々に周囲条件に低下し、ほぼ柱状のＳｉＣ−ダイアモンド複合材サンプルを圧力セルから回収した。

得られたダイアモンド複合材はｘ−線回折により決定して、約７８質量％〜約８２質量％のダイアモンド、約１８質量％〜約２０質量％の連続ＳｉＣマトリックス、約１質量％〜約２質量％の未反応Ｓｉを含んだ。

例２

図２に示す表面パターンを有するＣＭＰパッドコンディショナーを下記の方法により調製した。すべての機械加工はファナックロボカット(Fanuc Robocut)α−ｏｃワイヤＥＤＭ機械で行った。ワイヤＥＤＭ機械において、０．００８”直径のワイヤを垂直配向に保持し、そして例１により調製されたＳｉＣ−ダイアモンド複合材の柱状物を、柱状軸を水平配向となるように取り付けた。柱状軸に対して垂直に第一のカットを行って、Ｓｉ−Ｃ−ダイアモンド複合材の新鮮な表面を露出させた。

一連の第二のカットを、その後、この新鮮な表面中及びそれを横切って行った。この一連のカットはサンプルの表面内に０．５ｍｍの角度が３０°のカット、０．５ｍｍ深さでサンプルの表面に平行に長さ０．２ｍｍのカット及び表面から外に−３０°の角度で続いて行うカットからなった。この一連のカットでＳｉＣ−ダイアモンド複合材の表面に溝ができた。このカットパターンのグラフを図４に示す。

この一連のカットを柱状物の表面を横切って繰り返し、それにより、一連の平行な溝を形成した。次に、柱状物を９０°だけその軸に関して回転し、一連の第二のカットと同一である一連の第三のカットは柱状物表面上に正四角錐形状突起部のマトリックスを残した。第一のカットに平行であり、柱状物軸に垂直である最終のカットを、その後、新鮮にカットした表面の後に適切な距離で行い、ＳｉＣ−ダイアモンド複合材の柱状物から円形ＣＭＰパッド状態調節ツールを取り出した。

例３

図６に示す表面パターンを有するＣＭＰパッドコンディショナーを下記の差異を除いて例２と同様の方法により調製した。

一連の第二のカットを、その後、この新鮮な表面中及びそれを横切って行った。この一連のカットはサンプルの表面内に０．５ｍｍの角度が−１５°のカット、０．５ｍｍ深さでサンプルの表面に平行に長さ０．１８ｍｍのカット及び表面から外に１５°の角度で続いて行うカットからなった。この一連のカットでＳｉＣ−ダイアモンド複合材の表面に溝ができた。

この一連のカットを柱状物の表面を横切って繰り返し、それにより、一連の平行な溝を形成した。次に、柱状物を１２０°だけその軸に関して回転し、一連の第二のカットと同一である一連の第三のカットを行った。次に、円柱物を再び１２０°だけ回転し、一連の第二及び第三のカットと同一である一連の第四のカットを行い、柱状物表面上に三角錐形状突起部のマトリックスを残した。第一のカットに平行であり、柱状物軸に垂直である最終のカットを、その後、新鮮にカットした表面の後に適切な距離で行い、ＳｉＣ−ダイアモンド複合材の柱状物から円形ＣＭＰパッド状態調節ツールを取り出した。

特定の実施形態を参照してきたが、他の実施形態及び変更はその精神及び範囲を逸脱することなく他の当業者によって工夫されうることは明らかである。添付の特許請求の範囲はすべてのこのような実施形態及び均等変形を含むものと解釈されることが意図される。

Claims (23)

1. ＣＭＰパッドの表面を状態調節するためのケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）パッド状態調節ツールであって、前記ツールは、
   ツール面を有するツール本体を含み、該ツール本体及びツール面は多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含み、
   前記ツール面は該ツール面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を有し、
   前記少なくとも１つの統合研磨突起部は状態調節されるＣＭＰパッドの表面に対して約９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する、
   ケミカルメカニカル研磨（ＣＭＰ）パッド状態調節ツール。
2. 前記少なくとも１つの統合研磨突起部は統合研磨突起部のアレイを含む、請求項１記載のＣＭＰパッド状態調節ツール。
3. 前記統合研磨突起部のアレイは角錐、四面体、円錐又は他の多角形のアレイを含み、ただし、前記角錐、四面体、円錐又は他の多角形は状態調節されるＣＭＰパッドの表面に対して９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する、請求項２記載のＣＭＰパッド状態調節ツール。
4. 多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる前記材料はＳｉＣ−ダイアモンド複合材である、請求項１記載のＣＭＰパッド状態調節ツール。
5. ＣＭＰパッドの表面を状態調節するための方法であって、
   ａ）前記ＣＭＰパッドの表面をＣＭＰパッド状態調節ツールと接触させること、ここで、前記ツールはツール面を有するツール本体を含み、該ツール本体及びツール面は多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含み、
   前記ツール面は該ツール面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を有し、
   前記少なくとも１つの統合研磨突起部は前記ＣＭＰパッド状態調節ツールにより接触されるＣＭＰパッドの表面に対して約９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する、及び、
   ｂ）前記ＣＭＰパッドの表面を、場合により１種以上の状態調節流体の存在下に状態調節すること、
   を含む、方法。
6. 前記少なくとも１つの統合研磨突起部は統合研磨突起部のアレイを含む、請求項５記載の方法。
7. 前記統合研磨突起部のアレイは角錐、四面体、円錐又は他の多角形のアレイを含み、ただし、前記角錐、四面体、円錐又は他の多角形はＣＭＰパッド状態調節ツールにより接触されるＣＭＰパッドの表面に対して９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する、請求項６記載の方法。
8. 多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる前記材料はＳｉＣ−ダイアモンド複合材である、請求項５記載の方法。
9. ＣＭＰパッドの表面を状態調節するための装置であって、
   少なくとも１つのＣＭＰパッドを受け入れるようになっている少なくとも１つのＣＭＰパッド状態調節装置、及び、
   少なくとも１つのＣＭＰパッド状態調節ツール、
   を含み、前記ツールはツール面を有するツール本体を含み、該ツール本体及びツール面は多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含み、
   前記ツール面は該ツール面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を有し、
   前記少なくとも１つの統合研磨突起部は状態調節されるＣＭＰパッドの表面に対して約９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する、
   装置。
10. 前記少なくとも１つの統合研磨突起部は統合研磨突起部のアレイを含む、請求項９記載の装置。
11. 前記統合研磨突起部のアレイは角錐、四面体、円錐又は他の多角形のアレイを含み、ただし、前記角錐、四面体、円錐又は他の多角形は前記ＣＭＰパッド状態調節ツールにより接触されるＣＭＰパッドの表面に対して９０°を超える角度の少なくとも１つの面を有する、請求項１０記載の装置。
12. 多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる前記材料はＳｉＣ−ダイアモンド複合材である、請求項９記載の装置。
13. ＣＭＰパッドの表面を状態調節するためのＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための方法であって、
    多結晶ダイアモンド、多結晶立方晶窒化ホウ素、炭化ホウ素、炭化ケイ素及びそれらの組み合わせからなる群より選ばれる材料を含むブランクの表面を機械加工して、請求項１記載のＣＭＰパッド状態調節ツールを製造することを含む、方法。
14. 前記機械加工は複数の統合研磨突起部をもたらす、請求項１３記載の方法。
15. 前記複数の突起部は統合研磨突起部の規則アレイである、請求項１４記載の方法。
16. 前記機械加工法はワイヤＥＤＭである、請求項１３記載の方法。
17. 前記機械加工法はプランジＥＤＭである、請求項１３記載の方法。
18. 請求項１記載のＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための方法であって、
    約９０質量％のダイアモンド粉末、約９．５質量％のケイ素粉末及び約０．５質量％のＳｉ_３Ｎ_４を含む粉末混合物を、ケイ素塊を含むメス型中でプレスすること、及び、
    前記粉末及び前記塊を圧力下に加熱して、請求項１記載のＣＭＰパッド状態調節ツールを製造すること、
    を含む、方法。
19. 請求項１記載のＣＭＰパッド状態調節ツールを調製するための方法であって、
    約９０質量％のダイアモンド粉末、約９．５質量％のケイ素粉末及び約０．５質量％のＳｉ_３Ｎ_４を含む粉末をバインダーと混合し、粉末／バインダー混合物を形成すること、
    前記粉末／バインダー混合物をプレスしてプレフォームを形成すること、ここで、前記プレフォームはプレフォーム面を有し、前記プレフォーム面は前記プレフォーム面から延在している少なくとも１つの統合研磨突起部を含む、
    前記プレフォームを、焼却によりプレフォームからバインダーのすべてを除去するのに適する雰囲気中で、それに適する温度に加熱すること、及び、
    前記プレフォームを少なくとも１０００℃の温度で少なくとも約５分間か焼して、粉末粒子を部分的に反応させそして多孔質剛性プレフォームを形成すること、
    を含む、方法。
20. 前記バインダーはポリエチレングリコール又はポリビニルアルコールである、請求項１９記載の方法。
21. 前記プレフォームは少なくとも約１４５０℃の温度で少なくとも約５分間か焼される、請求項２０記載の方法。
22. 前記プレフォームは約１３００℃の温度で約５分間か焼される、請求項２０記載の方法。
23. 第二の温度で不活性ガス中又は真空下に前記多孔質剛性プレフォームを加熱すること、及び、
    前記第二の温度に加熱された剛性多孔質プレフォームを液体ケイ素と接触させ、それにより、液体ケイ素が前記プレフォームに浸透し、前記プレフォーム中のダイアモンドと反応してＳｉＣを生成すること、
    をさらに含む、請求項１９記載の方法。

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