JP5248837B2

JP5248837B2 - 研磨パッドの曲線状溝加工

Info

Publication number: JP5248837B2
Application number: JP2007277365A
Authority: JP
Inventors: スティーブン・ノーグラー; スティーブン・ジェイ・パフカ; ジェフリー・アール・スタック; ウェイタン・ワン
Original assignee: ロームアンドハースエレクトロニックマテリアルズシーエムピーホウルディングスインコーポレイテッド
Priority date: 2006-11-03
Filing date: 2007-10-25
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2027-10-25
Also published as: US7234224B1; JP2008137148A; TW200834699A; TWI402904B

Description

本発明は一般に化学機械研磨用の研磨パッドの分野に関する。特に本発明は、研磨パッドの表面に溝を形成するための方法に関する。

集積回路の製造は、導電性材料、半導電性材料または誘電性材料をシリコンウェハなどの基体の表面に堆積したり、基体表面から取り除いたりする一連の層形成工程からなる。これらの複数の層は、スパッタリング、化学気相堆積または電気化学めっきなどの方法によって堆積される。また、これらの層はエッチングされ、チャネルや穴が形成されてもよく、そこに続く層を形成することもできる。

堆積プロセスは、特にチャネルや穴を充填させるのに使用される場合に、平坦でない表面をもたらす。後続の電子デバイスの層を堆積する前に、ウェハの表面を平坦にする必要がある。多くの場合、化学機械研磨や化学機械平坦化（ＣＭＰ）を用いて、層形成プロセスで堆積された余分な物質を取り除いたり、下にある物質を晒したりすることによって、ウェハの表面を次の処理に備えさせる。ＣＭＰプロセスでは、堆積プロセスによって充填された後のチャネルや穴に残されたアーチファクト（ａｒｔｉｆａｃｔｓ）など大きな形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）を取り除くとともに、スクラッチなどの小さな欠陥も排除する。

典型的なＣＭＰプロセスでは、半導体基体を回転キャリアアセンブリに設置し、ＣＭＰ装置の研磨パッドと接触させる。キャリアアセンブリは力を制御しつつ研磨パッドに対し基体を押し付けたり、回転に加えて任意で横方向の動きを与えたりする。研磨パッドを回転プラテンに設置し、研磨組成物を研磨パッドの表面に提供し、研磨組成物が研磨パッドの表面上を流れて研磨パッドと基体の間の隙間に入るようにする。研磨組成物は基体を研磨するための適当な化学的性質を有するものであり、任意で基体物質の除去を促進させるための研磨粒子を含む。基体表面に対する研磨粒子と研磨表面の機械的作用が、基体と研磨組成物との間の化学相互作用と合わさって働き、基体表面が平坦化される。この基体表面の平坦化は、次いで、堆積プロセスにおいて他の層をさらに堆積させたり、あるいはエッチングなどでさらに変化をもたらしたりし得るための準備である。

研磨組成物の基体表面への移送および供給を容易にしてＣＭＰプロセスを容易にするため、多くの場合、好ましくは研磨パッドの研磨表面に凹凸（ａｓｐｅｒｉｔｉｅｓ）が形成される。凹凸の形成は、溶解性粒子や中空カプセルなどの粒子を、製造中に研磨パッドに埋め込むことにより行われ得る。溶解性粒子は研磨組成物に晒されたときに解けて、凹凸が残る。埋め込まれたカプセルは、壊れて、中空のコアが研磨表面に晒され、凹凸が形成され得る。いずれの場合も、研磨組成物は凹凸を充填し、研磨パッドが基体に対して移動することによって移送され、基体表面に供給される。凹凸はまた、研磨表面と基体の間の隙間から、使用済みの研磨組成物、基体表面と反応した研磨組成物及び機械的作用に起因する屑を収集するのに役立つ。ＣＭＰプロセスが続くと、研磨表面が磨り減り、新たな粒子やカプセルが研磨表面に晒され、それによって凹凸が再生される。

研磨パッドの表面に凹凸を形成あるいは再生させる別の方法としては、コンディショニングによるものがある。典型的に、コンディショニングには、複数のダイヤモンドポイントあるいは他の機械加工手段で研磨表面を研磨したり切削したりすることが含まれる。ダイヤモンドポイントは典型的に、コンディショニングパッドに埋め込まれており、研磨パッドが回転している間、そのコンディショニングパッドが研磨表面に押し付けられ、あるいは任意で回転したり、振動したり研磨パッドに対して移動したりする。ダイヤモンドポイントは小さな穴やチャネルを形成し、そこに研磨組成物を充填させて研磨組成物を運んだり、屑物質を除いたりする。コンディショニングにより形成されたチャネルはまた、上述の通り研磨パッドの表面に渡って研磨組成物を流すことを助ける働きをすることができる。

ＣＭＰプロセスの設計における重要事項は、研磨組成物を研磨表面上に流す割合である。研磨組成物の流量を制御するために、研磨表面に溝を追加することができる。溝の大きさ、形そして方向などの様々な要素が、基体と研磨表面との間の隙間中へ流れる研磨組成物の量と隙間から流れ出る研磨組成物の量の双方、ならびに研磨組成物の全体消費量に影響する。溝形状には、円形溝、らせん状溝、ｘ−ｙ溝および放射状溝が場合により包含される。溝は典型的に、研磨パッドを形成した後、旋盤で研磨表面を切削することにより形成される。あるいは、溝は、研磨パッドにプレス加工したり打ち抜いたりして、あるいは成型により形成することができる。

例えば円形溝、らせん状溝およびｘ−ｙ溝などの平行な溝の設計は複数の固定ブレードを備えた切削装置によって形成することができる。例えば、多くの円形溝は、複数の固定ブレードを備えた旋盤を用いて同時に切削することができる。任意で、旋盤を用いて回転ビットで研磨パッドに溝を形成することもできる。旋盤の利点の一つに、研磨パッドを固定ブレードの下で非常に速い速度で回転させることができる点があり、それにより一つのブレードを使用した場合であっても速いペースで溝を形成することができる。

例えば直線あるいは曲がった放射状溝などのいくつかの溝形状（典型的な分岐型溝パターン）を形成するために、ＣＮＣ機械装置が使用される。ＣＮＣミル機械装置では、回転ビットが研磨パッドに対しＸ，ＹおよびＺ方向に移動する。回転ビットは典型的に低速で回転し、任意で傾いたり横方向に移動したりすることもできる。ＣＮＣ機械装置は、旋盤で得られない複雑なパターンを形成するのに使用することができる。しかしながら、一度に一つの溝しか形成できないという欠点がある。したがって、ＣＮＣ機械装置を利用すると製造プロセスが時間のかかる非効率的なものとなる。

研磨パッドに溝を形成する一方法が米国特許第６，３４０，３２５号（チェンら）に開示されている。この方法は、研磨パッドが載置されるプラテンに対向させて回転ビットを有するルータを使用することを含む。ルータとプラテンは互いに対し三つの軸方向に移動する。ルータの速度を遅くすることで、ビットが最初の穴をパッドの厚さ以下の所望の深さまで切削し、ついで横移動して所望の溝パターンを形成する。この方法によると、溝パターンは一つの連続する溝から形成される。溝の深さは変えることができるが、組み込まれている止め具を超えてルータのビットが突出する距離よって決まる最大値を超えることはない。
米国特許第６，３４０，３２５号

ＣＭＰプロセスの溝形状の効果の範囲について調査したところ、ある溝形状がＣＭＰプロセスに対して有益な効果を有することが示された。かかる効果として、例えばウェハの均一性が向上されること、基体の研磨面から小さい形状（ｔｏｐｏｇｒａｐｈｙ）が除去されること、または研磨組成物の消費率が低いことなどが挙げられる。集積回路製造の許容範囲が狭まり、より小さいスケールでのより高い程度での平坦化が低コストで要求されてきているので、これらの溝形状は将来的にＣＭＰプロセスの性能を満足できるものにするためにはより重要になってくる。これらの有利な溝形状の多くは旋盤で作ることができず、ＣＮＣ機械装置を使用を必要とするので、上述の通り非効率となってしまう。

ここで必要なのは、回転ビットを用いるＣＮＣ機械装置や旋盤を用いてＣＭＰ研磨パッドに溝パターンを形成する方法であり、より効率的であり、溝加工されたＣＭＰ研磨パッドを許容可能な品質を保って、より高い製造レートで製造することができる方法である。

本発明の一態様は、基体の化学機械平坦化に有用な高分子研磨パッドに溝を形成する方法であり、基体が磁性基体、光学基体および半導体基体の少なくとも一つである方法であって：ｚ方向における軸の周りに切削ビットを回転させるステップであって、切削ビットは、少なくとも毎分６０，０００回転の回転速度で回転し、その回転速度は、冷却せず研磨パッドに低速で接すると高分子研磨パッドを融解するのに十分な速度であり、かつ高分子研磨パッド中にｚ方向に溝の深さを切削する少なくとも一つの切削端部を有しているステップと；研磨パッドをｘ方向およびｙ方向に切削するステップであって、高分子研磨パッドに少なくとも一つの曲線状溝を形成し、ｘ方向およびｙ方向は単一平面において垂直であり、かつ回転する切削ビットを高分子研磨パッドの一部と接触させることによってｚ方向と直交をなし、少なくとも一つの曲線状溝は高分子側壁を有するステップと；少なくとも一つの溝内における研磨パッドから切削屑を、回転する切削ビットの少なくとも一つの溝により排出するステップと；プログラム生成信号でｘ方向とｙ方向の少なくとも一つにおいて速度を変化させて、曲線状路に沿って切削を導き、かつ曲線形状を有する少なくとも一つの溝を高分子研磨パッドに提供するステップであって、プログラム生成信号は曲線状路での回転切削をさせる一方で、回転ビットの速度を維持して、計算された切り屑の厚さを回転する切削ビットの直径の０．０２から０．６倍に維持し、高分子研磨パッドの高分子側壁の融解を低減するステップとを含む方法を包含する。

本発明は、ＣＭＰ研磨パッドの表面における曲線状溝形成方法であって、溝質を向上させ、所定の工具で処理能力のレベルを高める方法を提供するものである。特に、本発明は、溝の曲線状路を損なうことなく溝の側壁の融解を避けつつ、送り率を制御することによって溝加工具の効率を高めることができる方法を提供する。本発明はこれを次の方法により実現する。すなわち、ドリルビット直径に応じて切り屑の厚さを決定し、溝の曲線状部を通り抜けるドリルビットの速度を維持して、方向転換時に速度を落としたり停止したりすることによって移動があまりにも遅く分割された溝が融解してしまったり、速すぎる速度で移動してギザギザの端ができたりすることを避けることである。

ＣＭＰ平坦化のための例示的な研磨パッドは、熱可塑性材料、例えば、熱可塑性ポリウレタン、ポリ塩化ビニル、エチレン酢酸ビニル、ポリオレフィン、ポリエステル、ポリブタジエン、エチレンプロピレンターポリマー、ポリカーボネート、ポリエチレン・テレフタレートおよびその混合物によって作ることができる。さらに、研磨パッドは熱硬化性材料、例えば、架橋されたポリウレタン、エポキシ、ポリエステル、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリブタジエンおよびその混合物によって作られてもよい。本発明のプロセスは特に、多孔性および非孔性の研磨パッドの切削に有用である。研磨パッドはローム・アンド・ハース・ＣＭＰ・テクノロジーズ社製造の研磨パッドＩＣ１０００（商標）やＶｉｓｉｏｎＰａｄ（商標）などの架橋されたポリウレタンからなるものが好ましい。

図１を参照して、溝加工具１０は回転テーブル１２を含み、その上には研磨パッド１４が載置される。研磨パッド１４は従来の手段、例えば接着剤、マジックテープ（登録商標）、あるいはパッド１４の背後に減圧をかけることによって載置することができる。好ましくは、例えば、真空設備など、真空により研磨パッド１４を載置するテーブル１２に固定する。テーブル１２は任意で、少なくともｘとｙの二つの軸上で、例えばローラ、キャスタ、スライドなどの手段によって移動可能とすることができ、時計回り、あるいは反時計回りに回転可能とすることもできる。テーブル１２の移動はコンピュータシステムにより制御され、モータ、ギア、液圧、空気圧などによって駆動される。溝加工具１０はさらに切削ビット１６を備えている。切削ビット１６は回転可能なスピンドル１８に固定されており、可動取付アセンブリ２０によって移動したり位置付けされたりする。可動取付アセンブリ２０は少なくともｚ方向に移動可能であり、可動取付アセンブリ２０の移動は好ましくは、コンピュータにより制御され、モータにより駆動される。ｚ−ｚ線で示すｚ軸に沿ってビットを上下移動させることにより溝の深さを制御する。テーブル１２および取付アセンブリを合わせてｘ、ｙおよびｚ方向への移動が可能となる。例えば、テーブルがｘおよびｙ方向に、スピンドルがｚ方向に移動することができ、またはスピンドルがｘおよびｚ方向に、テーブルがｙ方向に移動することができるようにする。切削中には、任意の真空ライン２２が屑を排除し、ガスライン２４が回転ビットと研磨パッド１４を冷却する。フレキシブルコネクタ２６は端部が切断されて示されているが、回転スピンドル１８に電力供給するものである。

図２を参照して、研磨パッド１４には曲線らせん状溝３０を含み、それは中心３２から半径Ｒ１だけ離れた位置を起点としている。溝３０は反時計方向に曲線を描き、外周３４に至っている。これらの溝は任意の曲線状の形状を有することができ、例えばらせん状、曲線状放射状、正弦曲線状、複数曲線状、直線部や一部曲線部を含む複数曲線状、とすることができる。研磨パッドに曲線を切り込むには、工具に複雑な命令をプログラミングする必要がある。これらの命令は、ｘ−ｘ線やｙ−ｙ線によってそれぞれ表されるｘおよびｙ方向における回転する切削ビットの方向を決める。切削ビットの平均速度は以下に等しい。

平均速度＝（ｖｘ^２＋ｖｙ^２）^１／２
ここで、ｖｘとｖｙはそれぞれｘとｙ方向の速度に等しい。

曲線状溝を切削する際、ｘおよびｙ方向の速度を常に変化するが、この平均速度はできるだけ一定になるように維持される。方向が変わるたびに工具のアームが速度を落としたり、停止したりすると、最終的に得られる溝が、滑らかな仕上がりとならないことがあり、研磨パッドの側壁が融解したりすることもある。複雑な曲線状溝を加工している間、平均速度を限りなく一定に近い速度に維持することによって、滑らかな溝の製造が容易になり、研磨パッドの側壁が融解するリスクを低減させることができる。この溝の方向の変化にともなう速度低下や停止の不履行によりさらに溝の位置にも誤差を生じさせることがあるが、平均速度を維持することによって得られる利点は溝位置の如何なる誤差の埋め合わせ以上である。

図３のスピンドルの拡大図に示すように、切削ビット１６は方向性ガスライン２４を通じて流れる気体により冷却される。ライン２４からの気体は回転する切削ビット１６と研磨パッド１４に向かって流れる（図１および図２）。コレット４０は速い速度で回転する回転ビットを固定する。シールド４２は真空ライン２２に接続されており、屑を研磨パッドの溝から排出するのに役立つ。

エンドミル切削ビットの一例を図４Ａから図４Ｃに示す。切削ビット１６は側面切削に好適な切削端部５０を有する。側面切削に好適な設計には、バービット、ルータビットあるいはエンドミルビットが含まれる。切削端部５０には、研磨屑の除去を容易にするための一つの溝５２が一つあるが、それは任意で複数設けてもよい。溝５２は長さを有し、これは、最大挿入深さや最大の切削深さを決定する。好ましくは、一つあるいは複数の溝は、回転する切削ビットの切削端部をその軸の周りに回転することにより形成される体積の４０％より多い体積を有する。増加された溝の体積、例えば溝の体積を５０％より多くすると屑の排除が容易になるが、工具の強度を低下させ得る。一つのビットの設計では好ましくは、切削端部に２未満の回転を有するコルクスクリュー形状を有する。

切削ビット１６はコレット４０（図３）が受けるシャンク５４を有し、テーパ部５６がそのシャンク５４と切削端部５０をつなげている。シャンク５４は、コレットの開口径に対応する幅を有している。また切削端部５０は、ビット１６が回転するときの切削端部５０の横方向のずれにより規定される切削幅を有している。切削幅は一定としてもよく、あるいは切削端部５０の長さ方向の軸に沿った位置に応じて可変としてもよい。溝５２はらせん角度を有しており、それは溝の正接線への長手軸を通る平面で測るが、それも一定としてもよいし、あるいは切削ブレード５８の長さの軸に沿った位置に応じて変化させてもよい。溝の半径方向のもっとも外側あるいは切削端部６０に切削ブレード５８を所持してもよいし、またはそこに切削ブレード５８を形成するようにしてもよい。ブレード５８は、くさび角度とクリアランス角度で規定された切削端部６０を形成する。くさび角度は、切削端部６０をなすブレード５８の各フェース（ｆａｃｅ）の平面の交差により形成される角度である。クリアランス角度は切削ブレード５８の後面と切削ブレードの通路の正接線により形成される角度である。

溝加工具はスピンドルを回転させることによって、切削ビットを回転させて、回転している切削ビットの切削端部を研磨パッドに接触させて研磨パッド材料を取り除くことによって研磨パッドに溝を形成する。テーブルを移動させ、アームを移動させあるいはその両方を移動させることにより研磨パッドに対して切削ビットを動かして、所望の溝形状と寸法を形成する材料を除く。任意で、切削アームを傾けて、切削ビットの回転軸を研磨パッドの表面に対し直交しないようにすることもできる。

このようにして形成された溝の幅は、深さによって異なり、例えば、ｖ字形であったり、あり溝形状であったり、あるいは一定（平行な側壁）にすることもできる。溝の幅は切削ビットの切削幅と研磨パッドの弾性スプリングバック量によって決まる。また、溝の深さも可変とすることも一定とすることもでき、溝の表面の開口から溝の底部の平均位置までで測定される。研磨パッドの表面に直交しない軸の周りを回転する切削ビットによって形成される溝は、その底部に傾斜を有しており、その深さは、底部表面に渡る平均の深さである。溝の深さの方向は側壁部の間の中心線で画定され、任意の長さの溝に関して面になる。

どの製造プロセスにおいても、処理能力率を増大させ、あるいは所定のプロセスにおいて所定期間内で製造される市場性のある商品の量を増大させるのは、プロセスの効率を改善するのに不可欠である。研磨パッドに対する溝加工においてＣＮＣ機械装置プロセスを利用する関係で、いくつか固有の制限、例えば、一度に一つの溝しか加工できない、といった制限があるため、溝加工プロセスの効率を上げる効果的な方法は、溝が加工される速度を上昇させることとなる。溝を形成する率は送り速度は、切削ビットが研磨パッドの表面に対し横方向に移動する速度である送り速度によって測定される。

しかしながら、他の全ての変数を一定のまま、ＣＮＣ機械装置の送り速度を単に上昇させることは、切削の質が低下し、溝加工された研磨パッドに、例えば端部がギザギザになるといった欠陥を生じさせる。送り速度の上昇に伴う一般的な欠陥には、溝形成が不完全であること、研磨パッドの材料の除去が不十分であること、バリができること、および引き裂かれ（ｔｅａｒｉｎｇ）ができることなどが包含される。これらの切削に関する欠陥が発生すると、不規則な幅または深さあるいはその両方を有したり、あるいは側壁や底部や開口部がギザギザになった溝が形成されることになる。これらの欠陥、または似通った切削に関する欠陥を有する研磨パッドは、ＣＭＰプロセスの使用に好適ではなく、廃棄せざるを得ない。これは、欠陥が研磨プロセスおよび平坦化の妨げになりうるからである。したがって、欠陥の発生率（欠陥を有すること）が溝加工された研磨パッドの製造プロセスの処理能力を大きく低減させることになる。

試験により、切削ビットの回転速度（あるいはスピンドル速度としても知られている）を増大させると、高い送り速度で溝を形成しても欠陥の発生率を低く、及び高い溝の質を維持することに役立つことが示された。これは、所与の送り速度では、スピンドル速度をより高めると一定の時間間隔に対する切削が増大し、一回の切削で求められる材料の取り除きも、より少なくてすむという事実によると考えれられる。切削ビットの働きが良くなれば良くなるほど、その場合に切削ごとの排除材料が少なく、より滑らかで、より均一な、欠陥の少ない溝が出来上がると考えられる。好ましくは、スピンドル速度を少なくとも６０，０００ＲＰＭにして、溝の質や低い欠陥率を維持またはさらに改善させつつ、典型的な送り速度よりも高くすることができる。より好ましくは、スピンドル速度を少なくとも１２０，０００ＲＰＭにして、さらに好ましくは、回転速度を少なくとも２４０，０００ＲＰＭにして、溝の質や低い欠陥率を維持またはさらに改善しつつ送り速度を大きく上昇させることができる。

６０，０００ＲＰＭを超えるスピンドル速度を達成するためには、ＣＮＣ機械装置の設計、特に、スピンドルの駆動やスピンドルの潤滑を考慮しなければならない。まず、スピンドルの駆動はスピンドルを所望のスピンドル速度で回転させることができるものでなければならない。例えば空気タービンを使用するタイプや、電気モータを使用するタイプなどの、スピンドル駆動の多くのタイプが６０，０００ＲＰＭを超えるスピンドル速度を達成することのできる。ＣＮＣ機械装置を用いて研磨パッドに溝を形成する際には、一定のスピンドル速度を維持することが望ましい。例えば電気モータなどの、特定のスピンドル駆動は、負荷を受けながら一定のスピンドル速度を維持するのに有利な特徴を示す。設計によっては、電気モータによってＣＮＣ機械装置のスピンドルを２５０，０００ＲＰＭ以上の一定の速度で駆動させることもできる。

スピンドル速度を上げたＣＮＣ機械装置の操作には摩擦が重要な役割を担う。スピンドルの潤滑が不十分であると、スピンドルの抵抗が、スピンドルの駆動が所望の回転速度に達するのを妨げたり、あるいはこの回転速度を達成するのを非効率にしたりする。さらに、抵抗が熱を発生させ、スピンドルが過度に摩耗したり、さらにはスピンドルを止めたりすることもある。ＣＮＣ機械装置において使用される典型的なスピンドルの潤滑システムには、鋼製あるいはセラミック製の油潤滑されたボールベアリングが使用され、接触面積の低減と潤滑油の追加によりハウジングとスピンドルの間の摩擦を低減させる。スピンドル速度が６０，０００ＲＰＭを超える場合、ボールベアリングスピンドルは機械部分に大きな摩耗が見られ、多大なメンテナンスが必要になり、生産性が落ちる。一方で、流体ベアリングシステム、例えばＡｉｒＢｅａｒｉｎｇｓＬｔｄから入手可能なエアーベアリングスピンドルを使用することもできる。流体ベアリングシステムでは、回転要素を流体の緩衝材と置き換えることで、スピンドルとハウジングの間の機械接触を低減させる、あるいは取り除いて、摩擦を減らしている。エアーベアリングシステムは、空気をハウジングに押し込み、好ましくは複数の場所に押し込み、スピンドルとハウジングの間の非常に小さな隙間（例えば、０．０００１ｉｎあるいは２．５μｍ）に空気の流れを形成して作動する。空気の流れは、隙間が小さいところで高められた圧力、隙間が大きいところでより弱い圧力を作り出す。この圧力差がスピンドルの心合わせにつながる。重要なことに、空気の流れは、送り速度を上昇させると大きくなる、ＣＮＣミルプロセスの側面切削によりスピンドルにかかる横方向の負荷を超える十分な圧力を形成するのに十分な大きさでなければならない。このタイプの流体ベアリングシステムに伴う唯一の摩擦は、スピンドルと空気の間の摩擦であり、その摩擦は、空気の粘性が低いことから比較的小さい。この摩擦によって発生する如何なる熱も、低速のスピンドル設計の場合には空気の流れによって、および高速のスピンドル設計の場合には流体冷却によって、素早く排出される。有意なことに、スピンドルベアリングを冷却する液体がさらにスピンドルとハウジングに発生する熱を減らしてくれる。

また、摩擦には切削ビットでの問題がある。典型的な研磨パッドの６０，０００ＲＰＭを超えるスピンドル速度を有するＣＮＣ機械加工に関連する摩擦では、溝加工プロセスにおいてかなりの熱量が発生する。過剰な熱は研磨パッドに、例えば研磨パッド材料がゲル化する、焼ける、炭化する、融解する、または溶着されるなどの、欠陥を引き起こすことがある。スピンドル速度の増加と同時に送り速度を高めると、これらの熱に関連する欠陥を排除するのに役立つ。送り速度をより高めれば、研磨パッドの所定部位が熱源（切削ビット）にさらされる時間を減らし、熱にさらされることによって起こる欠陥を減少させることを見出した。このより短い時間は、熱に関連する欠陥を引き起こすのに十分な熱を伝達するのに足りない。回転速度に相関する範囲内において送り速度が最低でも、熱に関連する欠陥の発生を低減させるのに十分であると考えられる。また、送り速度を高めることは、切り屑あるいは研磨パッド材料の少量の銀が切り取られることを確実にすることにより、切削ビットに近い研磨パッドの領域から熱を取り除くことにも役立つ。送り速度があまりにも低い場合には、切削ビットが、各回転ごとに十分に材料を切り取ることができず、切り屑が形成される。切り屑が切り取られると、それらは溜まっていた熱とともに運ばれ、排出される。この作用は、切削プロセスにおいてかなりの量の熱を消失する役割を担っており、切り屑のサイズ、突き詰めると送り速度によって制御される。

切削ビットの直径で乗算した切削ビットの平均速度は、計算された切り屑の厚さに等しい。実際の研磨パッドの製造中、実際の切り屑の厚さは計算された切り屑の厚さとは大きく異なることがある。しかしながら、計算された切り屑の厚さを回転する切削ビットの直径の０．０２から０．６倍で維持することにより高分子研磨パッドの高分子側壁の融解を抑えることに役立つことを見出した。好ましくは、曲線状溝加工において計算された切り屑の厚さを回転する切削ビットの直径の０．０４から０．４倍で維持すること、および最も好ましくは、計算された切り屑の厚さを回転する切削ビットの直径の０．０５から０．５倍で維持することにより、効果的な切り屑の除去および減少された研磨パッドの側壁の融解が提供される。好ましくは、平均速度を維持することで、１０Ｘの倍率で見える高分子側壁の融解が抑えられ、または排除される。さらに、切削ビットの平均速度を各溝で５０％の範囲内で維持することは、溝の質のさらなる向上を促進する。たとえば、ビットの平均速度を高めることによって、より多くのスプリングバックを経験する傾向があり、より低い平均速度により形成された溝に比べてより細い溝が生じる。したがって、切削ビットの平均速度を変えることによって、多様な幅を有する溝をもたらすことができる。好ましくは、ドリルビットの平均速度を各溝で２０％以内に、最も好ましくは各溝で１０％以内に維持する。収める。典型的には、得られる平均速度は、１００ｉｎ／分（２．５ｍ／分）より高く、または２００ｉｎ／分（５．１ｍ／分）より高い。好ましくは、平均速度を２００ｉｎ／分から１，０００ｉｎ／分（５．１ｍ／分から２５ｍ／分）の範囲である。

熱に関連する欠陥の発生を低減させる別の方法は、切削ビットを冷却すること、切削ビットに近傍にある研磨パッドの一領域を冷却すること、またはその両方を冷却することによるものであり、それは場合によって送り速度の上昇と併せて採用してもよい。冷却は、多くの技術を介して達成することができ、例えば、圧縮空気を切削ビット全体に吹きかけて対流を促進させたり、冷却した空気を切削ビット全体に吹きかけたり、該ビットに水を噴霧したり、または冷やした気体を切断ビットに吹きかけたりすることが挙げられる。

冷却した空気を発生させるための任意の方法として、ボルテックスクーラーを使用する方法がある。ボルテックスクーラーは、エネルギーレベル、つまりそれらの温度に応じて分子を分離する遠心分離効果の利点を利用することで働く。ボルテックスクーラーは温度の高い粒子を一領域に移動させ、温度の低い粒子を他の領域に集中させて、制御された方法においてそれらを排出させる装置である。この温度の低い粒子を切削ビットに導くことができ、切削ビット、切削ビット近傍の研磨パッドの一領域、あるいはその両方を冷却するのに用いることができる。

切削ビットを冷却させるための別の方法として、冷却した、液化したあるいは極低温の気体、たとえば、アルゴン、二酸化炭素あるいは窒素を切削ビット、切削ビット近傍の研磨パッドの一領域、あるいはその両方に直接吹き付ける方法がある。好ましくは、特定のノズルや複数のノズルを通じて圧縮気体を吹きかけ、それによって気体を早急に膨張させ、冷却させ、固体結晶または液体を形成して、熱移動を促進させる。あるいは、極低温液化した気体をノズルを通じて吹きかけることによって、熱移動を促進させる。結晶、液体、あるいは固体と液体の混合物は、研磨パッドに作用し、特により高いスピンドル速度によってもたらされた、より高い温度から切削ビットを冷却するのに特に有効である。この切削ビットの冷却には、切削ビットの使用寿命を延ばすことができるという更なる効果を有する。冷却は、単独または送り速度の上昇と併せて行い、熱関連の欠陥の発生を抑えることができる。

これらの冷却技術は、材料（気体、液体あるいは結晶）の流れを形成し、切削ビット、切削ビット近傍の研磨パッドの領域、あるいはその両方に接するようにその流れを導くことを含む。流れが切削ビット近傍の領域において研磨パッドへ導かれる場合には、その流れは、溝から切り屑を除くことを助ける更なる効果的を有し得る。溝から切り屑を除くことは、例えば融解、融解または溶着によって、切り屑が研磨パッドに再付着してしまう可能性を減少することから、有益であり得る。溝から切り屑を取り除くことが研磨パッドに再付着する切り屑の数を減少させる範囲において、欠陥を妨げ、処理能力を向上させることができる。場合により、研磨パッド全体を極低温に冷却して極低温に冷却されたパッドを機械加工することも、さらに、研磨パッドと機械固定具を低温冷却することも可能である。

さらに、切り屑が切削ビットに接着して、溝形成を妨げることがある。融解、静電気、または他の電気的な引力によって切り屑が過剰に切削ビットに接着すると、切削関連の欠陥が生じたり、あるいは熱に起因する欠陥が増大したりし得る。冷却プロセスにおいて生生じる物質の流れ、例えば気体の流れは、機械的または電気的な引力を圧倒することによって切削ビットから切り屑を除くことに役立ち、欠陥を低減させることができる。これは特に、回転する切削ビットの直径の少なくとも２倍の深さを有する溝を切削する際に重要である。

複雑な曲線状溝について溝の質を向上するべく一連の実験を行った。それを別表１（Ａｐｐｅｎｄｉｘ１）に示す。溝の質は表１に定められた基準で視覚的に検査した。

（実施例１）
ＩＣ１０００（商標）のポリウレタン研磨パッドのような、より固い材料の場合、切り取り（ｃｈｉｐ）負荷をより高くすると（例えば、０．００６４ｃｍ／回転）、より質の高い溝が作り出された。最適な作業は、約６８６ｃｍ／分（２７０ｉｐｍ）の送り速度；１２０ｋｒｐｍのスピンドル速度であり、ＩＣ１０００（商標）のパッドに対しＰＭＴあるいはＫＴツールビットの何れでも最良の溝が形成された。

送り速度（ｉｐｍ）＝削り負荷 × 回転速度（ｒｐｍ）

（実施例２）
ＶｉｓｉｏｎＰａｄ（商標）ポリウレタン研磨パッドのようなより軟らかい材料に対しては、切り取り負荷をより低くすると（例えば、０．００４４ｃｍ／回転）、より質の高い作り出された。最適な作業は、５３３ｃｍ／分（２１０ｉｐｍ）の送り速度約；及び１５０ｋｒｐｍのスピンドル速度であり、ＶｉｓｉｏｎＰａｄ（商標）のポリウレタン研磨パッドに対しＰＭＴツールビットにより最良の溝が形成された。

研磨パッドに曲線状溝を形成する際に有用な溝加工ツールの概略図である。図１の研磨パッドのｘおよびｙ切削方向を示す図である。図１のスピンドルと切削ビットの拡大図である。図３の切削ビットの拡大図である。図４Ａの端面図である。図４Ａの一つの溝切り切削ビットの拡大図である。

符号の説明

１０溝加工具
１２回転テーブル
１４研磨パッド
１６切削ビット
１８回転スピンドル
２０可動取付アセンブリ
２２真空ライン
２４ガスライン
２６フレキシブルコネクタ
３０曲線らせん状溝
３２中心
３４外周
４０コレット
４２シールド
５０切削端部
５２溝
５４シャンク
５６テーパ部
５８切削ブレード
６０切削端部

Claims

基体の化学機械平坦化に有用な高分子研磨パッドに溝を形成する方法であり、基体が磁性基体、光学基体および半導体基体の少なくとも一つである方法であって、
ｚ方向における軸の周りに切削ビットを回転させるステップであって、切削ビットは、少なくとも毎分６０，０００回転の回転速度で回転し、その回転速度は、冷却せず研磨パッドに低速で接すると高分子研磨パッドを融解するのに十分な速度であり、かつ高分子研磨パッド中にｚ方向に溝の深さを切削する少なくとも一つの切削端部を有しており、該回転させるステップは、エアーベアリングにより潤滑された回転する切削ビットに取り付けられた回転するスピンドルを含み、該エアーベアリング内の空気圧により回転するスピンドルを心合わせする、ステップと；
研磨パッドをｘ方向およびｙ方向に切削するステップであって、高分子研磨パッドに少なくとも一つの曲線状溝を形成し、ｘ方向およびｙ方向は単一平面において垂直であり、かつ回転する切削ビットを高分子研磨パッドの一部と接触させることによってｚ方向と直交をなし、少なくとも一つの曲線状溝は高分子側壁を有し、該エアーベアリング内の空気流は、ｘ方向およびｙ方向の横方向の負荷を超えるのに十分な大きさである、ステップと、
少なくとも一つの溝内における研磨パッドから切削屑を、回転する切削ビット中の少なくとも一つの溝により排出するステップと；
プログラム生成信号でｘ方向とｙ方向の少なくとも一つにおいて切削の速度を変化させて、曲線状路に沿って切削を導き、かつ曲線形状を有する少なくとも一つの溝を高分子研磨パッドに提供するステップであって、プログラム生成信号は曲線状路での回転切削させる一方で、回転するビットの速度を維持して、計算された切り屑の厚さを回転する切削ビットの直径の０．０２から０．６倍に維持し、高分子研磨パッドの高分子側壁の融解を低減するステップと；
を含む方法。
排出するステップが、切削ビット中の溝が単一の溝であり、その単一の溝が、回転する切削ビットの切削端部をその軸の周りに回転させ形成される体積の４０％より大きい体積を有することを含む、請求項１記載の方法。
回転する切削ビット速度が、計算された切り屑の厚さを回転する切削ビットの直径の０．０４から０．４倍に維持する、請求項１記載の方法。
前記回転が、切削端部において２回転未満の回転を有するコルクスクリュー形状を有する回転する切削ビットを回転させる、請求項１記載の方法。