(57)【要約】  化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーを形成する方法は、支持体の主面に砥粒を配置するステップと、砥粒の外面に接着組成物を形成するステップと、支持体の主面および砥粒の一部の上に接着層を堆積させて砥粒を支持体の主面に固定するステップと、を含む。
2013544664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーであって、
支持体と、
前記支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒であって、約９０マイクロン未満の平均粒径を有する、砥粒と、を備え、
前記ＣＭＰパッドコンディショナーが、約１５マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する上面を備える、ＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーであって、
支持体と、
前記支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒であって、炭化物を含む接着組成物が、前記砥粒の表面に存在する、砥粒と、を備え、
前記ＣＭＰパッドコンディショナーが、約１５マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する上面を備える、ＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３】
前記平均表面粗さ（Ｒａ）が、約０．１マイクロン〜約１５マイクロンの範囲内である、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項４】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの前記上面が、約１００マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒｚ）を有する、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項５】
前記平均表面粗さ（Ｒｚ）が、約１マイクロン〜約１００マイクロンの範囲内である、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項６】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの前記上面が、約２０マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒｒｍｓ）を有する、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項７】
前記支持体が金属を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項８】
前記支持体が鋼を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項９】
前記支持体が、少なくとも約２％のクロムを含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１０】
前記支持体が、約２％〜約３０％の範囲内の量のクロムを含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１１】
前記砥粒が、超砥粒材料を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１２】
前記砥粒が、本質的にダイヤモンドからなる、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１３】
前記砥粒が、約８５マイクロン以下の平均粒径を有する、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１４】
前記砥粒が、約１マイクロン〜約９０マイクロンの範囲内の平均粒径を有する、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１５】
前記接着層が、金属または金属合金を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１６】
前記接着層が、少なくとも１種類の遷移金属元素を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１７】
前記接着層が、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１８】
前記接着層が、ＮｉおよびＷを含む合金を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項１９】
前記接着層が、互いに積層された一連の膜を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２０】
前記各膜が金属元素を含む、請求項１９に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２１】
前記各膜が、隣接する膜の組成とは異なる組成を有することができる、請求項１９に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２２】
前記接着層が、その全体積の約５体積％以下の炭化物の結晶を含む、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２３】
前記接着層が、炭化物の結晶を本質的に含まない、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２４】
前記接着層が、炭化物の結晶を本質的に含まない、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２５】
前記炭化物の結晶が、約５０マイクロン以下の平均サイズを有する、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２６】
前記接着層が、前記砥粒の平均粒径の少なくとも約３０％の平均厚みを有する、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２７】
前記接着層が、前記砥粒の平均粒径の約３０％〜約９０％の範囲内の平均厚みを有する、請求項１または２に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２８】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーであって、
支持体と、
前記支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒であって、前記砥粒の外面が、炭化物を含む接着組成物を含み、前記砥粒が、露出された先端部を有し、前記露出された先端部の大部分が、導電性炭素膜を本質的に含まない、砥粒と、を備える、ＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２９】
前記砥粒の総数の少なくとも約８０％が、炭素膜を本質的に含まない露出された先端部を有する、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３０】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの上面の平均表面粗さ（Ｒａ）が、約１５マイクロン以下である、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３１】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの上面の平均表面粗さ（Ｒａ）が、約０．１マイクロン〜約１５マイクロンの範囲内である、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３２】
約１００マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒｚ）を有する上面を備える、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３３】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの上面の平均表面粗さ（Ｒｚ）が、約１マイクロン〜約１００マイクロンの範囲内である、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３４】
約２０マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒｒｍｓ）を有する上面を備える、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３５】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの上面の平均表面粗さ（Ｒｒｍｓ）が、約０．１マイクロン〜約２０マイクロンの範囲内である、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３６】
前記支持体が、少なくとも約２％のクロムを含む、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３７】
前記砥粒が、超砥粒材料を含む、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３８】
前記砥粒が、本質的にダイヤモンドからなる、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３９】
前記接着層が、炭化物の結晶を本質的に含まない、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項４０】
前記導電性炭素膜が多結晶である、請求項２８に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項４１】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーを形成する方法であって、
支持体の主面に砥粒を配置するステップと、
前記砥粒の外面に接着組成物を形成するステップと、
前記支持体の前記主面および前記砥粒の一部の上に接着層を堆積させて前記砥粒を前記支持体の前記主面に固定するステップと、を含む、方法。
【請求項４２】
前記砥粒を前記支持体の主面に配置するステップの前に、前記支持体の前記主面に接着剤を配置するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４３】
前記接着剤が有機材料を含む、請求項４２に記載の方法。
【請求項４４】
前記砥粒が、前記接着剤によって所定の位置に保持される、請求項４２に記載の方法。
【請求項４５】
前記堆積させるステップが、めっきするプロセスを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４６】
前記堆積させるステップが、電気めっきするステップを含む、請求項４５に記載の方法。
【請求項４７】
前記堆積させるステップが、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む接着層を電気めっきするステップを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４８】
前記接着層を堆積させるステップの前に、前記砥粒および前記支持体の前記主面を洗浄するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項４９】
前記洗浄ステップが、プラズマ洗浄プロセスを含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５０】
前記洗浄ステップが、酸素、水素、およびこれらの組み合わせからなる群から選択されるプラズマ材料を含む、請求項４９に記載の方法。
【請求項５１】
前記洗浄ステップが、前記砥粒の前記表面の一部からの導電性炭素の薄膜の除去を含む、請求項４８に記載の方法。
【請求項５２】
前記形成するステップが、前記支持体および前記砥粒を加熱するステップを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項５３】
前記加熱するステップが、有機材料を接着剤から揮発させる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】
前記加熱するステップが、化学反応を引き起こして前記接着組成物が形成される、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】
前記加熱するステップが、不活性雰囲気で行われる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５６】
前記加熱するステップが、少なくとも約５００℃の加熱温度で行われる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５７】
前記加熱するステップが、約７００℃〜約１２００℃の範囲内の加熱温度で行われる、請求項５２に記載の方法。
【請求項５８】
前記接着組成物が、前記砥粒と前記支持体との界面で形成される、請求項４１に記載の方法。
【請求項５９】
前記接着組成物が金属を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６０】
前記接着組成物が遷移金属元素を含む、請求項５９に記載の方法。
【請求項６１】
前記接着組成物が炭化クロムを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６２】
前記砥粒が、約３００マイクロン以下の平均粒径を有する、請求項４１に記載の方法。
【請求項６３】
前記砥粒が、約１マイクロン〜約９０マイクロンの範囲内の平均粒径を有する、請求項４１に記載の方法。
【請求項６４】
前記接着層が、炭化クロムの結晶を本質的に含まない、請求項４１に記載の方法。
【請求項６５】
前記支持体が、金属または金属合金を含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６６】
前記支持体が、少なくとも約２％のクロムを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６７】
前記支持体が、約２％〜約３０％の範囲内の量のクロムを含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６８】
前記接着層を堆積させた後に、前記支持体を処理して前記砥粒と前記接着層との界面に第２の接着組成物を形成するステップをさらに含む、請求項４１に記載の方法。
【請求項６９】
前記処理するステップが、所定の温度に加熱して第２の接着組成物を形成するステップを含む、請求項６８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、研磨工具に関し、より詳細には、化学機械平坦化パッドコンディショナーとして使用される研磨工具に関する。
【背景技術】
【０００２】
電子デバイスの製造では、例えば、導電性材料、半導体材料、および誘電体を含む様々な種類の材料の複数の層が堆積される。様々な層の連続的な堆積または成長および除去により、平面ではない上面となる。十分に平面でないウエハ表面は、境界が不明確な構造となり、回路が機能しない、または最適未満の性能を示す。化学機械平坦化（ＣＭＰ）は、ワークピース、例えば、半導体ウエハを平坦化または研磨するために使用される一般的な技術である。
【０００３】
典型的なＣＭＰプロセス中は、ワークピースが、研磨パッドに接触して配置され、平坦化プロセスを補助するために研磨スラリーがパッドに供給される。研磨スラリーは、ワークピースを研磨するようにワークピースと相互作用して材料を除去し得る研磨粒子を含むことができ、かつ化学的に作用してワークピースの一定の部分の除去を改善することもできる。研磨パッドは、典型的には、ワークピースよりも遥かに大きく、一般的には、一定の特徴、例えば、パッドの表面にスラリーを保持するのに適した微細構造を含み得るポリマー材料である。
【０００４】
このような研磨作業中に、典型的には、パッドコンディショナーが利用され、パッドコンディショナーが、研磨パッドの表面を移動して研磨パッドから不要な物を除去し、スラリーを保持する表面を適切にコンディショニングする。研磨およびコンディショニングは、研磨パッドの表面が時間経過と共に磨耗してパッドの微細構造が平滑になるため、一貫した研磨性能のためには望ましい研磨表面を維持することが重要である。なお、コンディショニング作業は、要素を閉塞させ得る研磨屑の存在、化学腐食、コンディショナーの幾何学的な不規則さ、コンディショナーの使いすぎ、および粒子の脱落を含む一定の障害に直面しており、これらの障害は、このコンディショニング作業を妨げ、かつ研磨される高感度電子要素を損傷させる可能性がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、産業界は、改善されたＣＭＰパッドコンディショナーおよびその形成方法を要望し続けている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
一態様によると、化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーを形成する方法は、支持体の主面に砥粒を配置するステップと、砥粒の外面に接着組成物を形成するステップと、支持体の主面および砥粒の一部の上に接着層を堆積させて砥粒を支持体の主面に固定するステップと、を含む。
【０００７】
別の態様では、化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーは、支持体、およびこの支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒を備え、この砥粒が、約９０マイクロン未満の平均粒径を有する。ＣＭＰパッドコンディショナーは、約１５マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する上面を備えている。
【０００８】
なお別の実施形態では、化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーは、支持体、およびこの支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒を備えている。砥粒の外面は、炭化物を含む接着組成物を備え、砥粒は、露出された先端部を有し、この露出された先端部の大部分は、導電性炭素膜を本質的に含んでいない。
【０００９】
別の態様によると、化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーは、支持体、およびこの支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒を備えている。炭化物を含む接着組成物が、砥粒の表面に存在する。ＣＭＰパッドコンディショナーは、約１５マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する上面を備えている。
【００１０】
添付の図面を参照することにより、本開示をより良く理解することができ、本開示の様々な特徴および利点が、当業者には明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】従来のＣＭＰパッドコンディショナーの一部の上面画像を含む。
【図２】本発明に従ったＣＭＰパッドコンディショナーの一部の上面画像を含む。
【図３】図１のＣＭＰパッドコンディショナーの一部の拡大上面画像を含む。
【図４】図２のＣＭＰパッドコンディショナーの一部の拡大上面画像を含む。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
異なる図面における同じ参照符号の使用は、同様または同一のアイテムを指す。
【００１３】
以下の説明は、全体として単層研磨品に関し、より詳細には、金属材料を含む、結合層内に固定された砥粒を有する研磨品に関する。注目すべきことに、本明細書の実施形態の研磨品が、ＣＭＰパッドのコンディショニング用のエレクトロニクス産業で一般的に使用されている化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーとして特に有用であり得る。
【００１４】
一実施形態によると、ＣＭＰパッドコンディショナーを形成する方法は、砥粒を支持体の主面に配置するステップを含む。一般に、支持体は、砥粒を保持するのに適した大きさおよび形状を有することができる。特に、支持体は、砥粒を固定できる表面を提供するためのものである。
【００１５】
一実施形態によると、支持体は、金属または金属合金材料から形成することができる。ある種の適した金属は、遷移金属元素、例えば、Ｆｅ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｒ、Ｔａ、Ｃｕ、Ｚｎ、およびこれらの組み合わせを含み得る。一定の支持体は、鋼から形成することができる。特定の場合には、支持体は、少なくとも２％のクロムを有する材料から形成することができ、クロムの特定の含有量が、形成プロセスの一定の態様を促進することができる。他の実施形態では、支持体は、より多くのクロム、例えば、少なくとも約５％、少なくとも約８％、または、さらには少なくとも約１０％のクロムを有することができる。特定の場合には、支持体は、約２％〜約３０％、例えば、約２％〜２５％、具体的には約１０％〜２０％の範囲内のクロム含有量を有する材料から形成される。特に適した金属は、４３０ステンレス鋼、３０４ステンレス鋼、および４４０ステンレス鋼を含み得る。
【００１６】
砥粒を支持体に配置する前に、支持体の主面を、砥粒の位置を一時的に保持することを目的とする組成物を用いて準備することができる。例えば、一実施形態によると、砥粒を支持体に配置する前に、接着剤を支持体の主面に配置することができる。接着剤は、テープ、層、または薄膜の形態で適用することができる。接着剤は、限定されるものではないが、印刷、吹き付け、スクリーニング、テープとして貼り付け、流延法、ブレーディング、およびこれらの組み合わせを含む様々な技術を用いて堆積させることができる。接着剤は、支持体の主面に対して砥粒を所定の位置に一時的に固定するのに適した厚みを有するように支持体の主面に適用することができる。
【００１７】
一実施形態によると、接着剤は、有機材料を含み得る。適切な有機材料は、ポリマー、例えば、ポリアミド、ポリイミド、ポリエステル、アクリレート、ポリビニル、樹脂、エポキシ、およびこれらの組み合わせを含み得る。特定の一実施形態によると、接着剤は、大部分（重量％）が水である水性接着剤とすることができる。特定の一実施形態によると、接着剤は、Ｖｉｔｔａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが販売する感圧接着剤（例えば、Ｋ４−２−４）を含み得る。
【００１８】
支持体の主面への砥粒の配置は、開口を有する形態（すなわち、スクリーン）が支持体上に配置され、砥粒がスクリーンに堆積されるスクリーニングプロセスを含み得る。砥粒は、スクリーンが開口を有する位置にある研磨層に配置されて接着される。特に、形成プロセスと配置プロセスの組み合わせにより、非常に微細な砥粒径（例えば、９０マイクロン未満）を利用するＣＭＰパッドコンディショナーの形成を容易にすることができる。
【００１９】
砥粒は、特定のパターンを形成するように支持体の主面に配置することができる。例えば、砥粒は、短距離秩序も長距離秩序も有していないランダムな配置に接着層内に配置することができる。あるいは、砥粒の配置は、砥粒がパターンを有するように、さらには長距離秩序を有するパターン、例えば、格子（例えば、面心立方パターン、立方パターン、六角形パターン、菱形パターン、螺旋パターン、ランダムパターン、およびこのようなパターンの組み合わせ）に配置されるように完成させることができる。特定の場合には、砥粒は、自己排除ランダム分布（ｓｅｌｆ−ａｖｏｉｄｉｎｇ  ｒａｎｄｏｍ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ）（すなわち、ＳＡＲＤ（商標）パターン）に配置されるように接着層内の特定の位置に配置することができる。
【００２０】
砥粒は、少なくとも約１５００ｋｇ／ｍｍ２のビッカース硬度を有し得るように、特に硬質の材料とすることができる。特定の場合には、砥粒は、材料、例えば、酸化物、ホウ化物、窒化物、炭化物、炭素系構造（人工炭素系材料、例えば、フラーレンを含む）を含み得る。
【００２１】
一実施形態によると、砥粒は、超砥粒材料を含み得る。適切な超砥粒材料は、立方晶窒化ホウ素、ダイヤモンド、およびこれらの組み合わせを含み得る。特定の場合には、砥粒は、本質的に立方晶窒化ホウ素から構成することができる。なお、他の例では、砥粒は、本質的にダイヤモンドから構成することができる。
【００２２】
一実施形態によると、ＣＭＰパッドコンディショナーに利用される砥粒は、約３００マイクロン以下の平均粒径を有することができる。他の場合には、砥粒は、例えば、２５０マイクロン以下、２００マイクロン以下、１５０マイクロン以下、または、さらには約１００マイクロン以下の平均粒径を有することができる。一定のＣＭＰパッドコンディションは、従来のＣＭＰパッドコンディショナーに利用される砥粒よりも著しく小さい平均粒径を有する砥粒を利用することができる。例えば、砥粒径は、約９０マイクロン以下、約８５マイクロン以下、約８０マイクロン以下、または、さらには約７５マイクロン以下とすることができる。特定の場合には、ＣＭＰパッドコンディショナーは、約１マイクロン〜約９０マイクロン、例えば、約１マイクロン〜約８５マイクロン、または、さらには約１マイクロン〜８０マイクロンの範囲内の平均粒径を有する砥粒を利用することができる。
【００２３】
支持体の主面に砥粒を配置した後、ＣＭＰパッドコンディショナーを形成する方法は、砥粒の外面に接着組成物（すなわち、第１の接着組成物）を形成するステップによって続けることができる。接着組成物を、砥粒と支持体との界面に形成して、砥粒と支持体の表面との間を接着することができる。接着組成物は、支持体の主面に対して各砥粒の位置を固定するのに十分な強度を有することができ、従って形成プロセスに亘って支持体の主面に対して砥粒を最初の位置に維持することが容易になる。注目すべきことに、このようなプロセスは、研磨粒子の最初の位置を移動させ得る他の従来のプロセスとは異なる。
【００２４】
一実施形態によると、接着組成物を形成するプロセスは、支持体、接着剤、および砥粒を含むプリフォームを加熱するステップを含み得る。この加熱プロセスは、支持体の成分と砥粒の成分との間に化学反応を引き起こすことができ、結果として砥粒と支持体との界面に接着組成物が形成される。一実施形態によると、加熱プロセスは、少なくとも約５００℃の加熱温度で行うことができる。他の実施形態では、加熱温度は、より高温、例えば、少なくとも約６００℃、７００℃、または、さらには８００℃にすることができる。特定のプロセスは、約７００℃〜約１２００℃、具体的には約８００℃〜１１００℃の範囲内の加熱温度を利用することができる。
【００２５】
加熱プロセスは、特定の加熱時間で行うことができ、この間、プリフォームが加熱温度に維持される。加熱時間は、少なくとも約５分、少なくとも約１０分、または、さらには少なくとも約１５分とすることができる。一定の実施形態は、約５分〜約９０分、例えば、約５分〜６０分、または、さらには約１０分〜約４０分の範囲内の加熱時間を利用することができる。
【００２６】
接着組成物の形成中に、プリフォームを、不活性雰囲気を有するチャンバ内に配置することができる。特に、不活性ガスをチャンバ内に供給することができるため、不活性雰囲気を制御することができる。例えば、不活性ガスを、形成プロセス中に支持体の表面および砥粒の上に流して、砥粒および／または支持体の表面の酸化を防止することができる。他の場合には、チャンバ内の不活性雰囲気を減圧雰囲気にすることができるため、チャンバ内の不活性雰囲気を制御することができる。
【００２７】
あるプロセスによると、プリフォームを含むチャンバは、周囲大気よりも低い圧力を有することができるため、形成プロセスを、低い酸素分圧を有する雰囲気で行うことができる。例えば、接着組成物の形成中のチャンバ内の圧力は、約１０−１トル以下、例えば、約１０−２トル以下、約１０−３トル以下、または、さらには約１０−４トル以下とすることができる。特定の実施形態は、約１０−２トル〜約１０−６トルの範囲内のチャンバ内の圧力を利用することができる。
【００２８】
形成プロセス中、特に加熱プロセス中に、支持体の主面上の接着剤を変化させることができる。例えば、加熱を、接着剤の成分が支持体の主面から揮発するのに十分な温度および雰囲気中で行うことができる。揮発は、接着剤の一定の化学成分を気相に変化させることを含むことを理解されたい。
【００２９】
さらに、形成中にプリフォームを覆うチャンバ内の雰囲気は、揮発した化学種の雰囲気をパージするのに十分な速度で流れる気体を有することができる。例えば、少なくとも約５ｍｌ／分、例えば、少なくとも約５０ｍｌ／分、少なくとも約１００ｍｌ／分、特に約５ｍｌ／分〜約５００ｍｌ／分の範囲内の速度で気体を流すことができる。
【００３０】
一実施形態によると、接着組成物は、金属材料を含み得る。特定の場合には、接着組成物は、少なくとも１種類の遷移金属元素を含み得る。具体的には、接着組成物は、炭化物、ホウ化物、窒化物を含む化合物を含み得る。特定の場合には、接着組成物は、炭化クロムを含み得、この炭化クロムは、支持体中に含まれるクロムと砥粒中に存在する炭素との間の化学反応によって形成される反応生成物とすることができる。特定の一実施形態によると、接着組成物は、本質的に炭化クロムからなる。
【００３１】
砥粒の外面に接着組成物を形成した後、このプロセスは、任意の洗浄プロセスを行うことによって続けることができる。一実施形態によると、洗浄プロセスを行って、支持体の主面および砥粒の残留物、例えば、有機物および他の物質を除去することができる。洗浄作業は、支持体の主面および砥粒に高エネルギー粒子を衝突させるプラズマ洗浄プロセスを含み得る。一実施形態によると、プラズマ洗浄プロセスのために選択されるプラズマの材料は、例えば、酸素、水素、およびこれらの組み合わせを含む気体材料を含み得る。
【００３２】
特定の場合には、洗浄プロセスは、砥粒の表面に形成される導電性皮膜の一定の成分を除去することができる。一定の形成プロセス中に、ダイヤモンドの砥粒を利用する調合物において、特にダイヤモンド砥粒の文脈では、導電性炭素膜を砥粒の表面に形成することができる。砥粒の先端部における導電性炭素膜の存在は、最終的に形成されるＣＭＰパッドコンディショナーの性能を制限することがあり、さらに、高感度電子機器産業においては、コンディショナーの動作中に異物として作用し得る。
【００３３】
本明細書の実施形態によると、ＣＭＰパッドコンディショナーは、砥粒の大部分（すなわち、約５０％超）が、本質的に導電性炭素膜を含まない露出された先端部を有するように形成することができる。例えば、砥粒の総数の少なくとも８０％が、本質的に導電性炭素膜を含まない露出された先端部を有し得る。他の場合には、砥粒の少なくとも９５％、または、さらには少なくとも約９９％が、本質的に導電性炭素膜を含まない露出された先端部を有する。導電性炭素膜は、一定のイメージング技術（例えば、光学顕微鏡または走査型電子顕微鏡）によって確認することができ、多結晶形の炭素として存在し得ることを理解されたい。
【００３４】
ＣＭＰパッドコンディショナーを形成する方法は、支持体の主面およびこの支持体の主面にある砥粒の一部の上に接着層を堆積することによって続けることができる。接着層は、持続的に接着して、砥粒の支持体の主面への永続的な固定を促進することができる。一実施形態によると、接着層は、金属または金属合金材料を含み得る。一定の場合には、接着層は、少なくとも１種類の遷移金属元素を含むように形成することができる。具体的には、接着層は、金属、例えば、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、およびこれらの組み合わせから形成することができる。ある特定のＣＭＰパッドコンディショナーは、ニッケルとタングステンの合金を有する接着層を含む。
【００３５】
一実施形態によると、接着層は、互いに積層された一連の膜から形成することができる。接着層は、複数の膜、具体的には、互いに接着された一連の金属膜を含み得る。例えば、接着層は、一連の膜から形成することができ、連続的な膜はそれぞれ、直接隣接するまたは当接する膜の組成とは異なる組成を有することができる。例えば、連続的な膜間の組成の差異は、２つの膜間の元素成分の少なくとも２％の差異を含み得る。例えば、下側の膜は、ニッケルを９９％含むことができ、直接隣接した上側の膜は、９７％以下のニッケルの量を有することができ、異なる組成の膜と見なすことができる。
【００３６】
接着層を堆積するプロセスは、めっきプロセスを含み得る。具体的には、めっきプロセスは、電気めっきプロセスとすることができ、砥粒および接着組成物を有する支持体を電気めっき環境（すなわち、電気めっきタンク）内に浸漬するステップを含み得る。
【００３７】
接着層の堆積は、接着層の厚みが制御されるように行うことができる。例えば、接着層は、砥粒の平均粒径の少なくとも３０％である平均厚みを有するように形成することができる。他の場合には、接着層は、砥粒の平均粒径の少なくとも４０％、例えば、少なくとも５０％、または、さらには少なくとも約６０％の平均厚みを有することができる。特定の場合には、接着層は、砥粒の平均粒径の約３０％〜９０％、例えば、約５０％〜８０％、または、さらに具体的には約５５％〜７０％の範囲内の平均厚みを有することができる。
【００３８】
支持体の主面および砥粒の一部の上に接着層を堆積させた後、このプロセスは、第２の接着組成物を形成するステップを含む任意の処理で続けることができる。このような処理は、接着層を堆積させて第２の接着組成物を砥粒と接着層との界面に形成するステップの後にこのアセンブリを加熱するステップを含み得る。このような処理は、第２の接着組成物を形成するのに十分な温度まで加熱するステップを含み得、第２の接着組成物は、接着層、砥粒、および第１の接着組成物の少なくとも２種類の化学成分間の反応生成物とすることができる。例えば、第２の接着組成物は、接着層の砥粒の界面に形成される炭化組成物または窒化組成物を含み得る。具体的には、第２の接着組成物は、炭化タングステン材料を含み得る。第２の接着組成物としての炭化タングステン材料の形成を、接着層中のタングステンおよびダイヤモンドからなる砥粒の使用によって促進することができることを理解されたい。第２の接着組成物として形成することができる他の適切な材料は、炭化クロム、炭化チタン、および窒化チタンなどを含み得る。
【００３９】
図１は、従来のＣＭＰパッドコンディショナーの一部の上方からの画像を含む。例示されているように、従来のＣＭＰパッドコンディショナーは、ろう付け材料１０１内に固定された砥粒１０３を含み得る。ろう付け材料は、砥粒間に非常に粗い表面を有する金属を含み得る。さらに、ろう付け材料１０１は、その体積中に分散された晶子１０５を含んでも良く、晶子１０５は、ろう付け材料１０１内の局部応力の領域を発生させ得る炭化クロム結晶である。
【００４０】
図２は、一実施形態に従って形成されたＣＭＰパッドコンディショナーの一部の上方からの画像を含む。例示されているように、ＣＭＰパッドコンディショナーは、接着層２０１内に固定された砥粒２０３を含む。接着層２０１は、炭化物の結晶が限られている。実際、接着層２０１は、炭化物の結晶が全接着層２０１の５体積％以下となるように形成することができる。他の場合には、接着層２０１は、その全体積の約３体積％以下、２体積％以下の炭化物の結晶を有し得る。一定のＣＭＰパッドコンディショナー２０１は、本質的に炭化物の結晶を接着層２０１内に含まなくても良い。
【００４１】
図２の画像から分かるように、ＣＭＰパッドコンディショナーは、特定の表面形状を有する接着層２０１を備えている。注目すべきことに、本明細書の実施形態に開示されるプロセスの制御は、砥粒の制御された露出および接着層２０１のより均一な高さを有するＣＭＰパッドコンディショナーの形成を容易にするため、表面形状の均一性が、従来通り形成されるＣＭＰパッドコンディショナーと比較して改善される。したがって、接着層２０１の表面よりも上にある砥粒２０３の突出部の一貫性が、より良く制御されて、砥粒間でより均一である。これは、ＣＭＰパッドコンディショナーの上面の表面粗さによって証明されている。上面の平均表面粗さの測定は、接着層２０１の外面およびこの接着層２０１内に含められた砥粒２０３の測定を含む。例えば、ＣＭＰパッドコンディショナーは、約１５マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する上面を有することができる。平均表面粗さ（Ｒａ）は、試料領域（３ｍｍ×３ｍｍ）に亘る平均線からの表面形状上の点の距離（Ｖ）の算術平均である。試料を、Ｚｙｇｏ  ３Ｄ表面形状測定装置（Ｚｙｇｏ  ３Ｄ  Ｓｕｒｆａｃｅ  Ｐｒｏｆｉｌｏｍｅｔｅｒ）（白色光色収差技術）を用いて調べた。パラメータを、ＩＳＯ  ４２８７標準および／またはＥＵＲ  １５１７８ＥＮ報告書で正規化した。
【００４２】
他の実施形態によると、ＣＭＰパッドコンディショナーは、約１２マイクロン以下、例えば、約１０マイクロン以下、約８マイクロン以下、約６マイクロン以下、または、さらには約４マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する上面を有することができる。特定の実施形態では、ＣＭＰパッドコンディショナーの上面は、約０．１マイクロン〜約１５マイクロン、例えば、約０．１マイクロン〜１０マイクロン、具体的には約０．１マイクロン〜約８マイクロンの範囲内の平均表面粗さ（Ｒａ）を有することができる。
【００４３】
さらに、ＣＭＰパッドコンディショナーは、Ｚｙｇｏ  ３Ｄ表面形状測定装置を用いた測定で約１００マイクロン以下の表面粗さ（Ｒｚ）を有する上面を有することができる。表面粗さ（Ｒｚ）は、試料領域（３ｍｍ×３ｍｍ）内の５つの最も高いピークと５つの最も低い谷との間の平均差であり、これらの高さは、表面形状に交差しない平均線に対して平行な線から測定される。一定のＣＭＰパッドコンディショナーは、約９０マイクロン以下、例えば、約８０マイクロン以下、約７０マイクロン以下、約６０マイクロン以下、または、さらには約５０マイクロン以下の表面粗さ（Ｒｚ）を有する上面を有することができる。一実施形態によると、ＣＭＰパッドコンディショナーは、約１マイクロン〜約１００マイクロン、例えば、約１マイクロン〜約７０マイクロン、具体的には約１マイクロン〜約５０マイクロンの範囲内の表面粗さ（Ｒｚ）を有する上面を有することができる。
【００４４】
本明細書の実施形態のＣＭＰパッドコンディショナーは、Ｚｙｇｏ  ３Ｄ表面形状測定装置を用いた測定で約２０マイクロン以下の表面粗さ（Ｒｒｍｓ）を有する上面をさらに備えることができる。この表面粗さ（Ｒｒｍｓ）は、試料領域（３ｍｍ×３ｍｍ）内の平均線からの表面形状の平均標準偏差（Ｙ）と定義される。実際、ＣＭＰパッドコンディショナーは、約１５マイクロン以下、例えば、約１２マイクロン以下、または、さらには約１０マイクロン以下の表面粗さ（Ｒｒｍｓ）を有することができる。特定の場合には、接着層２０１は、約０．１マイクロン〜約２０マイクロン、例えば、約０．１マイクロン〜１５マイクロン、または、さらには約０．１〜１０マイクロンの範囲内の表面粗さ（Ｒｒｍｓ）を有することができる。
【００４５】
さらに、本明細書の実施形態のＣＭＰパッドコンディショナーは、厚みのばらつきが改善された接着層を有することができる。例えば、接着層の厚みは、平均厚みからばらつきがあり得、このばらつきは、支持体に亘る接着層の全幅に沿った少なくとも約１０点の測定平均から標準偏差として測定され、約５０％以下とすることができる。他の場合には、接着の厚みのばらつきは、約４０％以下、約３０％以下、約２０％以下、または、さらには約１０％以下とすることができる。
【００４６】
さらに、図１に例示されているように、従来のろう付けＣＭＰパッドコンディショナーは、支持体の表面全体に砥粒群１０７を有し得る。砥粒群１０７は、典型的には、高温プロセスによって形成され、この高温プロセスでは、接着材料が、高温で液体となり、ろう付け材料の流れが促進され、砥粒１０３の互いに対するおよび支持体の主面に対する移動がさらに促進され得る。砥粒群１０７は、ＣＭＰコンディションのコンディショニング性能を制限し得る。砥粒群１０７は、３つ以上の砥粒の群を表し、これらの群は、最初の意図した位置から著しい認識可能なずれた位置にあり、群内の砥粒間の平均間隔は、ＣＭＰコンディショナーの表面全体の砥粒間の平均間隔より少なくとも３０％少ない。砥粒の平均間隔は、１つの砥粒とその周囲の最も近い砥粒との間の平均距離として測定される。平均間隔は、ＣＭＰコンディショナーの表面全体に亘る少なくとも２５のランダムな砥粒のサンプリングに基づいている。
【００４７】
対照的に、図２のＣＭＰパッドコンディショナーは、限られた砥粒群を示している。実際、１ｃｍ２のＣＭＰパッドコンディショナーの特定の領域の比較において、図２のＣＭＰパッドコンディショナーは、図１の従来のＣＭＰパッドコンディショナーよりも少なくとも５％少ない砥粒群を有する。本明細書の実施形態の形成プロセスは、砥粒の最初の位置、従って砥粒間の最初の間隔を維持することを容易にし、砥粒群を限定する。
【００４８】
図３は、図１の一部の拡大画像を含む。例示されているように、拡大ＳＥＭ画像に例示されている砥粒１０３は、接着層１０１の上に延在する暗い露出された先端部を有する。対照的に、図４を参照すると、図２のＣＭＰパッドコンディショナーの一部の拡大ＳＥＭ画像が示されている。注目すべきことに、図４の砥粒２０３の大部分は、例示されているように、接着層２０１上に延在する明るいまたは光った露出された先端部を有する。砥粒２０３の露出された先端部が明るいという性質は、露出された先端部が導電性炭素膜を本質的に含まないことを証明している。図３の砥粒の露出された先端部の暗い色は、砥粒１０３が、露出された先端部に相当な量の導電性炭素を有することを実証している。
【００４９】
実施例１
約１６％のクロムを有する４３０ステンレス鋼支持体を、Ｖｉｔｔａ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎが販売する感圧接着剤Ｋ４−２−４で被覆する。この接着剤は、支持体の主面に貼り付けることができるテープの形態である。接着剤を貼り付けた後、１５１マイクロンの平均粒径を有するダイヤモンドの砥粒を、スクリーニングプロセスを用いて接着剤に配置する。
【００５０】
砥粒が、接着剤の中に十分に埋め込まれてコンディショナープリフォームが形成された後に、このプリフォームを、チャンバ内に配置して、２０分間、１０２０℃に加熱する。加熱中、大気圧を、約１０−５トルに減圧する。この加熱が、砥粒の表面および支持体と砥粒との間の界面に炭化クロムの接着層を形成すると共に、有機物および水を接着層から揮発させる。
【００５１】
プリフォームの加熱の後に、プラズマ洗浄プロセスを、酸素プラズマを用いて行って残存有機物を除去し、砥粒を浄化する。次いで、プリフォームを電気めっきタンク内に入れてニッケルの接着層を形成する。この接着層は、約１４０マイクロンの平均厚みを有していた。
【００５２】
表面形状は、本明細書の実施形態の記載に従ってＺｙｇｏ  ３Ｄ表面形状測定装置を用いて測定した。測定の試料領域は、３ｍｍ×３ｍｍとした。平均表面粗さ（Ｒａ）、表面粗さ（Ｒｚ）、表面粗さ（Ｒｒｍｓ）、およびピークから谷までの平均の測定値を、実施例１の試料ならびに図１および図３に例示されている比較用の従来のＣＭＰコンディショナーについて以下の表１に示す。
【００５３】
【表１】
2013544664.tif 000003
【００５４】
上に示したように、実施例１のＣＭＰパッドコンディショナーは、全ての項目において比較試料よりも改善された表面形状特性を有する。実際、一定の場合には、実施例１は、比較試料に対してほぼ１０倍改善されている一定の表面特性の差異を実証している。
【００５５】
本明細書に開示されるＣＭＰパッドコンディショナーおよびその形成方法は、最先端技術からの進展を表している。具体的には、本明細書の実施形態に従ったＣＭＰパッドコンディショナーを形成する方法は、砥粒のその最初の位置への固定、および形成プロセス全体に亘る砥粒の最初の位置への維持を容易にする。さらに、形成プロセスは、砥粒と支持体との界面における接着組成物の形成を容易にし、さらに、厚みのばらつきが制御され、ＣＭＰパッドコンディショナーの表面全体の砥粒の露出の制御が改善された接着層の形成を容易にする。さらに、本明細書の実施形態のＣＭＰパッドコンディショナーは、砥粒間の間隔の制御の改善、砥粒の露出された先端部における導電性炭素膜の限定された存在、接着層の厚みおよび厚みのばらつきの制御、ならびに表面粗さおよび接着層内の炭化物の結晶の存在の制御を含む特徴の組み合わせを含む。
【００５６】
前記説明において、特定の実施形態および一定の構成要素の接続についての言及は例示目的である。結合または接続されている構成要素についての言及が、本明細書に開示される方法を実施するための、前記構成要素間の直接的な接続または１つ以上の介在構成要素を介した間接的な接続を開示することを意図することを理解されたい。したがって、上記開示された主題は、制限ではなく例示目的と見なされるべきであり、添付の特許請求の範囲は、本発明の実際の範囲内であるこのような全ての変更、改良、および他の実施形態を含むことを意図するものである。したがって、法律が最大限許容する範囲内で、本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその等価物の許容され得る最も広い解釈によって決定されるべきであり、前述の詳細な説明を制限するものでも限定するものでもない。
【００５７】
アブストラクトの開示は、特許法を遵守するために記載され、特許請求の範囲または趣旨を解釈するまたは限定するために使用されるものではないという理解の下で提出される。加えて、前述の図面の詳細な説明において、この開示を効率化することを目的として、様々な特徴を１つの実施形態にまとめるまたは記載することができる。この開示は、請求の対象となる実施形態が、各請求項に明示される特徴よりも多くの特徴を必要とするという考えを反映すると解釈されるべきものではない。むしろ、添付の特許請求の範囲が反映するように、発明の主題は、任意の開示される実施形態の全ての特徴よりも少なくなることもある。したがって、添付の特許請求の範囲は、図面の詳細な説明に組み入れられるものであり、それぞれの請求項は、個別に請求される主題を定義するものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年7月12日(2013.7.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーであって、
支持体と、
前記支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒であって、約９０マイクロン未満の平均粒径を有する、砥粒と、を備え、
前記ＣＭＰパッドコンディショナーが、約１５マイクロン以下の平均表面粗さ（Ｒａ）を有する上面を備える、ＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項２】
前記接着層が、互いに積層された一連の膜を備え、前記各膜が、金属元素を含む、請求項１に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項３】
前記接着層が、その全体積の約５体積％以下の炭化物の結晶を含む、請求項１に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項４】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーであって、
支持体と、
前記支持体の上層をなす接着層内に含められた砥粒であって、前記砥粒の外面が、炭化物を含む接着組成物を含み、前記砥粒が、露出された先端部を有し、前記露出された先端部の大部分が、導電性炭素膜を本質的に含まない、砥粒と、を備える、ＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項５】
前記砥粒の総数の少なくとも約８０％が、炭素膜を本質的に含まない露出された先端部を有する、請求項４に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項６】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの上面の平均表面粗さ（Ｒａ）が、約１５マイクロン以下である、請求項４に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項７】
前記ＣＭＰパッドコンディショナーの上面の平均表面粗さ（Ｒｚ）が、約１マイクロン〜約１００マイクロンの範囲内である、請求項４に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項８】
前記砥粒が、超砥粒材料を含む、請求項１〜４のいずれか一項に記載のＣＭＰパッドコンディショナー。
【請求項９】
化学機械平坦化（ＣＭＰ）パッドコンディショナーを形成する方法であって、
支持体の主面に砥粒を配置するステップと、
前記砥粒の外面に接着組成物を形成するステップと、
前記支持体の前記主面および前記砥粒の一部の上に接着層を堆積させて前記砥粒を前記支持体の前記主面に固定するステップと、を含む、方法。
【請求項１０】
前記砥粒を前記支持体の主面に配置するステップの前に、前記支持体の前記主面に接着剤を配置するステップをさらに含み、前記砥粒が、前記接着剤によって所定の位置に保持される、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記堆積させるステップが、めっきするプロセスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記堆積させるステップが、Ｎｉ、Ｃｒ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈ、Ｗ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｏ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｍｏ、およびこれらの組み合わせからなる群から選択される金属を含む接着層を電気めっきするステップを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記接着層を堆積させるステップの前に、前記砥粒および前記支持体の前記主面に適用されるプラズマ洗浄プロセスをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１４】
前記接着組成物が、前記砥粒と前記支持体との界面で形成される、請求項９に記載の方法。
【請求項１５】
前記接着層を堆積させた後に、前記支持体を処理して前記砥粒と前記接着層との界面に第２の接着組成物を形成するステップをさらに含む、請求項９に記載の方法。
【国際調査報告】
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