(57)【要約】  本発明は、セラミック材料と好ましくは未反応の炭化物形成材料から形成された、種々の構造のおよび多様な用途のための複合基材に施されたＣＶＤダイヤモンド被覆を含む、非平面幾何学形状およびエッジシェービング表面を有する複合材料に関する。
2011514848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
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。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
（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。
【請求項２３】
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。
【請求項２４】
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。
【請求項２５】
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。
【請求項２６】
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。
【請求項２７】
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。
【請求項２８】
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。
【請求項２９】
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。
【請求項３０】
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。
【請求項３１】
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。
【請求項３２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜相互参照＞
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。
【０００２】
本発明は、一般に、種々の構造のおよび多様な用途のための、セラミック材料と炭化物形成材料の複合基材に施されたＣＶＤダイヤモンド被覆層を含む製品、並びにこれらの製品の製造方法に関する。より具体的には、本発明は、種々の非平面構造のおよび多様な用途のための、セラミック材料と炭化物形成材料の複合基材に施されたＣＶＤダイヤモンド被覆層の少なくとも一つの層を含む製品、並びにこれらの製品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
本発明の製品は、化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）に使用されるパッドを含んで、研磨パッドのコンディショニング用のヘッドまたはディスクを含んで、広範な用途に有用性がある。ＣＭＰは、集積回路、ディスクドライブヘッド、ナノ構造部品などの製造における重要なプロセスである。例えば、半導体ウエハをパターニングするにあたって、最新の小寸法パターニング技術は、絶対的に平坦な表面を要求する。ウエハが結晶インゴットから切り取られ、凹凸およびソーイングによる損傷が粗い研磨によって除去された後に、ＣＭＰが最終研磨工程として使用され、ウエハ表面の高い個所を除去し絶対的に平坦な表面をもたらす。このＣＭＰプロセスの間、ウエハは、回転ホルダまたはチャックに取り付けられ、同じ方向に回転するパッド表面に降ろされる。スラリーによる研磨プロセスが使用されるときは、パッドは、一般に、注型されスライスされたポリウレタン材料またはウレタンで被覆したフェルトである。弱いエッチング液に懸濁された研磨粒子のスラリーが、研磨パッド上に置かれる。このプロセスは、機械的摩耗および材料の例えば酸化物（これは次いで機械的摩耗により除去される）への化学的転化の両方によって、高い個所から材料を除去する。その結果が、極めて平坦な表面である。
【０００４】
更に、ＣＭＰは、半導体ウエハの加工において、追加の層の堆積が平らでない表面をもたらしたときには、その後に使用することができる。ＣＭＰは、それがウエハ全体にわたって広域な平坦化を提供すること、ウエハ表面の全ての材料に適用可能であること、複合材料の表面と共に使用できること、および危険なガスの使用を回避することから望ましい。一例として、ＣＭＰは、象嵌（ダマシン）法（damascene inlay process）において、過充填された金属を除去するのに使用することができる。
【０００５】
ＣＭＰは、半導体ウエハの製造コストの大部分に相当する。これらのＣＭＰコストは、研磨パッド、研磨スラリー、パッド用コンディショニングディスク、並びに、平坦化および研磨作業中に摩損する種々のＣＭＰ部品と関連するものを含む。研磨パッド、パッドを交換するための中断時間、および１回のウエハ研磨作業のためにパッドを再調整するためのテストウエハのコストに関する総費用は、非常に高くなる。多くの複雑な集積回路デバイスにおいては、５回までのＣＭＰ作業がそれぞれの完成したウエハに必要であるが、このことは、かかるウエハの総製造コストを更に増大させる。
【０００６】
研磨スラリーと共に使用するために設計された研磨パッドについては、研磨パッドに関する最も多くの摩耗量は、研磨パッドをこれらウエハの平坦化および研磨作業に適した条件にするのに必要な研磨パッドのコンディショニングの結果として生じるものである。典型的な研磨パッドは、厚さがほぼ１／１６インチ（約１．５９ｍｍ）の独立気泡ポリウレタンフォームを含む。パッドのコンディショニングの間、パッドに機械的な研磨処理を施してパッド表面の気泡層を物理的に切断する。パッドの露出した表面は、使用済み研磨スラリーからなる研磨スラリーおよびウエハから除去された物質を取り込む連続気泡を含んでいる。次々に実施される各パッドコンディショニング工程では、理想的なコンディショニングヘッドは、埋め込まれた物質を含む気泡の外側層のみ除去し、外側層の下のいかなる層を除去しない。かかる理想的なコンディショニングヘッドは、研磨パッドの層の除去を可能な限り少なくして、すなわち可能な限りパッドの摩耗率を少なくして、１００％の除去率を達成するであろう。パッドに関する摩耗の悪影響を考慮しなければ、１００％の除去率を達成できることは明らかである。
【０００７】
しかし、かかるパッドの過度の表面仕上げ（テクスチャリング）の結果として、パッドの寿命が短くなる。他方、表面仕上げが足りないと、ＣＭＰ工程中の材料除去率が不十分となり、およびウエハの一様性が失われる。満足のいく除去率を達成する従来のコンディショニングヘッドを使用すると、パッドが効果的でなくなり交換しなければならなくなる前に、特定の操業条件に応じるものの、２００〜３００回という少ない回数および数千回という多い回数のウエハ研磨作業を行うことができる。交換は、典型的には、パッドがその元の厚さのほぼ半分にまで減少した後に行われる。
【０００８】
その結果、高いウエハ除去率と低いパッド摩耗率の理想的なバランスをほぼ達成し、コンディショニングの質を犠牲にすることなく研磨パッドの有効寿命を大幅に伸ばすことができるようにするコンディショニングヘッドが非常に要望されている。
【０００９】
上述のウレタン研磨パッドの代替の一つは、ポリウレタンを組み入れ得る織布または不織布繊維ＣＭＰパッドである。ポリウレタンパッドのように、織布パッドは研磨スラリーと共に使用するために設計されているが、しかしより微細な研磨をもたらす、ポリウレタンＣＭＰパッドの代替物を提供する。これらのパッドの織り方は極めて密であるが、スラリー粒子がその織りの中に捕り込まれる可能性がある。これらの粒子はコンディショニング中にその織りから除去されねばならない。使用されたスラリー成分の除去効率は、コンディショニングヘッド表面と接触することによって生ずる織りの繊維の損傷とのバランスを保たねばならないが、このことは繊維の過度の破損を引き起こすことがある。
【００１０】
別の代替のパッドは、独占的なエラストマー技術および十分に確立されたポリマー合金法に基づいた構造および設計を有する、実質的に一様に分散された水溶性粒子（ＷＳＰ）を含む固体パッドである。コンディショニングおよび研磨の間に、ＷＳＰは水性スラリーにさらされる。パッド表面のＷＳＰは溶解し、孔を残す。これは、固い「下地（under）」パッドを有する多孔質表面をもたらす。同様のパッドの概念は、熱可塑性プラスチック含有材料を含むパッドを含む。研磨プロセス中に熱が発生し、この熱がパッドの表面を加熱する。この熱はパッドの表面を軟化させ、より柔らかい表面を有するより固いパッドをもたらす。
【００１１】
「固定砥粒（fixed abrasive）」研磨パッドとして知られている、研磨スラリーと共に使用するために設計されたＣＭＰ研磨パッドの代替となるものが、別のスラリー組成物の使用と関連する不利益を回避するために開発された。かかる研磨パッドの一例が３Ｍ社のスラリーフリーＣＭＰパッド＃Ｍ３１００（3M  Slurry-Free  CMP  PAD  ♯M3100）である。このパッドは、０．２ミクロンの酸化セリウム研磨材が、高さほぼ４０ミクロンおよび直径ほぼ２００ミクロンの台に堆積している、重合体のベースを含んでいる。これらのパッドもコンディショニングが必要である。なぜならば、そのパッドを使用するときに得られるＣＭＰ研磨率が、研磨材の表面特性に対して非常に敏感であるからである。これらの研磨パッドについての最初の「慣らし（breaking in）」の期間は、その間に一貫した質の研磨を得るのが困難であるから、長くなる傾向がある。その結果として生じるウエハの損失は、追加費用である。これらのパッドの適切なコンディショニングは、この慣らし期間を減じるかまたはなくすことができ、生産ウエハの損失を減じるかまたは回避することができる。
【００１２】
典型的なダイヤモンド含有コンディショニングヘッドは、金属基材（例えばステンレス鋼板）を有しており、ダイヤモンドグリットが該板の表面にわたって非一様に分布しており、湿式化学法によりめっきされたニッケルの保護被膜が該板および該グリットを被覆している。かかる従来のコンディショニングヘッドの使用は、酸化物ＣＭＰウエハ加工中、即ち研磨パッドの露出した外側層が金属ではなく酸化物含有材料である場合に用いられた研磨パッドのコンディショニングに限定される。半導体ウエハの加工においては、ほぼ同一回数の酸化物と金属ＣＭＰ加工工程が実施される。しかし、上述のコンディショニングヘッドは、金属ＣＭＰ加工で使用される研磨パッドのコンディショニングには効果的ではない。なぜならば、ウエハから金属を除去するために使用されるスラリーが、ニッケルと反応して、コンディショニングヘッドのニッケル外側層を劣化させるかそうでなければ溶解させることがあるためである。ニッケルの保護被膜の溶解は、鋼板からのダイヤモンドグリットの大規模な喪失を招き、ウエハに掻き傷をつける可能性がある。
【００１３】
代替のコンディショナーヘッドは、金属基材にダイヤモンド結晶をろう付けまたは焼結させることによって作製されるが、このろう付けまたは焼結は、化学結合を形成することによって、金属基材に対するダイヤモンド結晶の付着力を向上させる。このタイプのコンディショナーは、ダイヤモンド結晶を表面に実質的に一様に置くことによって、または、かかるダイヤモンドをランダムに置くことによって作製することができる。ある場合には、このコンディショナーは、次いで、化学的に不活性な材料で覆われて、酸性の金属スラリーからコンディショナーを保護する。
【００１４】
更に、これらの典型的なコンディショニングヘッドは、比較的大きい寸法のダイヤモンドグリット粒子を使用する。同様の大きい粒子が、ジマー等において開示されている（米国特許第５９２１８５６号および同６０５４１８３号。これらの内容全体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）。ジマー等は、ニッケルの保護被膜を使用する代わりに、化学気相成長多結晶ダイヤモンド膜（「ＣＶＤダイヤモンド」“CVD diamond”）によって、ダイヤモンドグリットを基材に結合させている。天然ダイヤモンドのカットおよび高圧法を用いる工業等級のダイヤモンドから商業上入手可能なダイヤモンドグリットは、ＣＶＤダイヤモンド薄膜の構造内に組み込まれる。グリットの寸法は、最上部と最下部の表面距離（peak-to valley surface distance）がＣＶＤダイヤモンド膜の厚さよりも大きいように選択される。ダイヤモンドグリットを、個々の結晶粒を平均粒径の１／２以上もの距離だけ離すような密度で基材の表面に一様に分布させる。ダイヤモンドグリットの平均寸法は、約１５ミクロン〜約１５０ミクロンの範囲にあり、好ましくは約３５ミクロン〜約７５ミクロンの範囲にある。ダイヤモンドグリットの寸法および表面密度を制御することによって、その結果得られる表面の研磨特性を種々のコンディショニングの用途に応じて調整することができる。所定のディスク上の粒度は、大きさが比較的一貫しており、約±２０％であろう。
【００１５】
表面の粗さは、最上部と最下部（peak-to-valley）の粗さ、平均粗さ、およびＲＭＳ粗さを含む、多数の異なる方法で測定することができる。最上部と最下部の粗さ（Ｒｔ）は、表面の頂点と底点の間の高低差の測定値である。平均粗さ（Ｒａ）は、粗く、ぎざぎざした、尖った、または剛毛様の表面の突出部の相対次数の測定値であり、最上部とそれらの平均線との間の差の絶対値の平均値として定義される。ＲＭＳ粗さ（Ｒｑ）は、最上部と最下部の間の距離の二乗平均平方根の平均値である。「Ｒｐ」は、試料の長さにおける中心線より上方の最上部の高さである。「Ｒｐｍ」は、全ての試料の長さについての全てのＲｐ値の平均である。Ｒｐｍは、コンディショニング中に作業の大半を行っている最上部の平均値を提供するので、グリットのないＣＭＰパッドの粗さの最も有意義な測定値である。しかし、固定砥粒パッドおよび多くの織布パッドを含んで、次世代のＣＭＰパッドは、従来のコンディショナーによりコンディショニングされることができない。なぜならば、１５ミクロンより大きいグリット粒子を有するコンディショニングヘッドはあまりに粗すぎて、大きいグリット粒子がパッドを損傷する傾向があるためである。
【００１６】
ダイヤモンドグリットの使用の代替は、２００２年３月４日に出願された米国特許出願第１０／０９１１０５号に開示されており、該内容全体を本明細書の一部を形成するものとして引用して、ここに含めるものとする。この出願は、研磨面を創生しコンディショニング率を制御するために、好ましくはダイヤモンドグリットを使用することなく、研磨された珪素基材上のＣＶＤダイヤモンド被覆を用いることを記載している。珪素基材上にＣＶＤダイヤモンドを成長させるだけで生じる表面粗さは、厚さ２５ミクロンのＣＶＤダイヤモンドを有する基材上に、最上部から最下部まで約６〜約１２ミクロンの範囲にある。一般に、典型的な作業のための表面粗さは、基材上に成長させたＣＶＤダイヤモンドの厚さの約１／４〜約１／２の範囲にある。この表面粗さ度は、固定砥粒ＣＭＰパッドのためのＣＭＰコンディショニング作業にとって、所望の研磨効率をもたらすことができる。しかし、このアプローチにおける問題は、作業用ダイヤモンド粒の粒度および密度の独立した制御を欠いていること、および、ダイヤモンド被覆された珪素基材製品に反りが生じることである。
【００１７】
珪素は、本発明の一実施形態に従って、いくつかのＣＭＰパッドコンディショナーの製造にあたり、ＣＶＤダイヤモンドのための基材として成功裏に使用されたが、珪素基材は、敏感なパッド材料を用いるいくつかの用途において、最適なＣＭＰコンディショニングをもたらすのに十分な厚さのダイヤモンド被覆を保持するための十分な剛性を提供しないことが見出された。ＣＶＤダイヤモンド材料における内部成長応力と、ダイヤモンドと珪素との間の熱膨張係数のミスマッチという双方の理由ために、ＣＶＤダイヤモンド被覆した珪素基材コンディショニングヘッドは、金属支持板によって支持されているときでさえ、反るかまたは屈曲して、完全に平坦でないコンディショナーをもたらす。反ったコンディショニングヘッドは、平坦なコンディショニングヘッドと同様の一貫したコンディショニングを提供せず、従って望ましくない。
【００１８】
珪素基材の使用の代替が、所有者が共通であり、同時係属しており、同一出願人による、米国特許公開第２００５／０２７６９７９号（２００５年６月２４日出願）に開示されている。その内容全体を本明細書の一部を形成するものとして引用して、ここに含めるものとする。この出願は、炭化物および炭化物形成相からなる平坦な基材（好ましくはセラミック）を、ダイヤモンドグリットの有無に関わらず使用して、研磨表面を創生しコンディショニング率を制御することを開示している。この開示は、ＣＶＤダイヤモンドの堆積後に、実質的に変わらない基材反り度を有するコンディショナーを作製できることを教示している。この文献は、ダイヤモンドが堆積する間に導入される“反り”が実質的にないコンディショナーを製造することが、研磨中にＣＭＰパッドと接する表面領域を最大にすることを教示している。大きい接触領域は、より一様なコンディショニングおよびより長いパッド寿命を提供すると考えられる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
近年の進歩にも関わらず、当該技術分野においては、大きな凹凸を創生することなくパッドの表面をコンディショニングすることができる研磨パッドコンディショナーに対するニーズが依然としてある。凹凸は、平均パッド表面を越えるパッド材料の隆起部として、業界では定義される。ダイヤモンドグリット粒子を使用して製造されたコンディショナーによるパッドのコンディショニングは、各ダイヤモンド粒が、パッド表面を引っ掻くかあるいはパッド表面に「溝“groove”」を形成することで、衝突場所を「ポイントカット“point cutting”」する結果、表面仕上げされたパッド表面を生成する。そしてこれらの溝は、パッドの表面にわたって、重なり合うかまたは、「十字型に交差する“criss-cross”」かまたは、ランダムに重なり合っており、パッドの表面において中心から縁部まで、種々のテクスチャ（表面仕上げ）を形成する。パッドに大きな凹凸があると、ＣＭＰ作業中にウエハ表面に欠陥を生じさせることがあり、ウエハの特徴が従前の技術よりも非常に微細である最新技術については特にあてはまる。これらのより微細な特徴は、より脆く且つパッド表面の大きな凹凸からの損傷を受けやすい。従って、これらの大きな凹凸を形成することなくパッド表面をコンディショニングすることができ、ダイヤモンドカット表面を確実に保持することができるコンディショナーに対するニーズがある。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
本発明の実施形態は、ＣＶＤダイヤモンドの蒸着のための複合セラミック非平面基材を使用することによって、ＣＭＰパッドコンディショナーを製造する際のこれらの従来技術の問題点を克服するものである。さらに本発明の実施形態は、ＣＶＤダイヤモンド材料が優れた付着力を有するという利点を有し、且つ、従来のＣＶＤダイヤモンド構成製品と比べると、低コストで耐破壊性であり、強固であり、弾性があり、そして強靱な複合材料である、ＣＶＤダイヤモンド被覆セラミック材料複合製品を提供することによって、従来の材料およびプロセスにおける欠点を克服するものである。
【００２１】
さらなる実施形態によると、本発明は、複合セラミック基材およびその上に蒸着されたＣＶＤダイヤモンド被覆を有する研磨パッドコンディショニングヘッドであって、所望の非平面の表面および表面特徴を含む研磨パッドコンディショニングヘッドに関する。さらに具体的には、本発明の実施形態に従う好ましいコンディショニングヘッドは、コンディショニングヘッドの所望の有用性に役立つ、予測可能なエッジシェービングの隆起表面および表面特徴を含む。さらに、ある特定の理論に拘束されるものではないが、ほとんどの状況において、コンディショニングヘッドの非平面の表面特徴が、追加のダイヤモンドグリットの堆積の必要性を不要にすると考えられる。非平面のエッジシェービングの特徴は、好ましい配置またはランダムな配置に方向付けされた、線状または非線状のラインセグメントであるのが好ましく、例えば、同心円、破線、またはねじれた（staggered）同心円、らせん、破線らせん、矩形、破線矩形、不規則パターンなどを含む。多くの考えられる隆起され且つ方向付けされた配置が可能であるが、破線または実線の同心円およびらせん、並びに、同心円およびらせんセグメントが特に好ましい。用語「非平面“non-planar”」は、そうでなければ実質的に水平であるコンディショニングヘッドの固有の平面から隆起した、エッジベースシェービング（edge-based shaving）またはエッジベース成形（edge-based shaping）の特徴があることをいう。このように、エッジシェービングの隆起した特徴は、コンディショニングヘッドの平面に対して面外にある、すなわち非平面であると言える。
【００２２】
本発明の実施形態は、広義には、表面を有する基材を含む複合品であって、該基材が少なくとも１つのセラミック材料を含む第一相を含み、該表面が基材表面の固有の平面から隆起した所定のパターンを含む複合品に関している。
【００２３】
本発明のさらなる実施形態は、表面を有する基材を含む複合品であって、該基材が、少なくとも１つのセラミック材料を含む第一相と、該セラミック材料よりも化学気相成長ダイヤモンドに対してより高い付着力を有する少なくとも１つの材料を含む第二相とを含む複合品に関している。そして、化学気相成長ダイヤモンド被覆が、非平面の基材表面の少なくとも一部に配置される。すなわち基材表面は、その基材表面の固有の平面から隆起して方向付けられた少なくとも一つの領域を含み、該隆起して方向付けられた表面領域がエッジシェービング面またはエッジ成形面を含む。
【００２４】
本発明のさらなる実施形態は、表面を有する基材を含む複合品であって、該基材が、少なくとも１つのセラミック材料を含む第一相と、該セラミック材料よりも化学気相成長ダイヤモンドに対してより高い付着力を有する少なくとも１つの材料を含む第二相とを含む複合品に関している。そして、化学気相成長ダイヤモンド被覆が、非平面の基材表面の少なくとも一部に配置される。すなわち基材表面は、その基材表面の固有の平面から隆起して方向付けられた少なくとも一つの領域を含み、コンディショニングヘッドは耐反り性がある。
【００２５】
「耐反り性」によって、被覆されていない基材が第一の平面性を有し、蒸着したダイヤモンド被覆が、第一の平面性と実質的に同様の第二の平面性を有する被覆された基材を創生することが分かる。
【００２６】
第二相の材料の少なくとも１つは、炭化物形成材料であることが望ましく、第一相のセラミック材料により形成されるマトリックス内に分散され得る。複合構造内の炭化物形成材料の領域は、好ましくは、セラミック材料の第一相の領域内に形成される１つ以上の孔上の被覆を含み得る。炭化物形成材料の領域は、好ましくは、セラミック材料の第一相の領域内に形成される１つ以上の孔内に、炭化物形成材料を浸透させることにより複合構造内に形成し得る。
【００２７】
好ましくは、セラミック相は、基材の３０容量％〜９５容量％、より好ましくは基材の５０容量％〜９５容量％を含む。セラミック相よりも化学気相成長ダイヤモンドにより高い付着力を有する炭化物形成相は、好ましくは、基材の１容量％〜７０容量％、より好ましくは、基材の５容量％〜５０容量％を含む。
【００２８】
あるいは、第一相のセラミック材料の少なくとも１つを、第二相の炭化物形成材料により形成されるマトリックス内に分散させてもよい。この場合には、第一セラミック相は、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るセラミック材料の１つ以上の粒を含んでもよい。
【００２９】
特に、本発明は、基材が未反応の炭化物形成材料とセラミック材料の相を含む、ＣＶＤダイヤモンド被覆複合基材を有利に提供する。ＣＶＤダイヤモンド被覆の厚さは、用途に応じて、好ましくは約０．１ミクロン〜約２ｍｍ、より好ましくは約１〜約２５ミクロン、最も好ましくは約１０〜約１８ミクロンの間である。一実施形態によると、本発明は、セラミック材料と炭化物形成材料の未反応相との複合体が、ＣＶＤダイヤモンド被覆の蒸着および成長のための優れた基材を提供し、その結果、ＣＭＰ研磨パッドコンディショナー、カットツール、摩耗部品、および熱分配要素（例えば電子回路パッケージ用のヒートスプレッダなど）などの用途に用いることができる、より薄くより確実に付着したダイヤモンド被覆を有する材料がもたらされるという発見に関する。
【００３０】
用語「セラミック“ceramic”」は、ここで使用するときは、酸化物のみならず非酸化物材料（例えば炭化珪素または窒化珪素など）を含むとして、最も広い意味で解釈されるものとする。本発明の複合基材のセラミック材料相が、ダイヤモンド被覆複合製品を「平坦に“flat”」または実質的に平面に保持するのに要求される剛性を提供し、第二相の材料（炭化物形成材料）の存在が強度と靭性を提供し、その結果、被覆されていない基材の平面性と実質的に同様の全体の平面性を有する、非常に強固で、強靱で、付着力のある複合ダイヤモンド被覆製品がもたらされる。用語「炭化物形成材料“carbide-forming material”」は、ここで使用するときは、適切な条件下で、炭化物の形で炭素と共有結合化合物を形成できる材料を意味する。ある特定の理論に拘束されるものではないが、炭化物形成材料の領域が蒸着中の（depositing）ＣＶＤダイヤモンド材料と反応して、基材とＣＶＤダイヤモンド層の界面で結合炭化物構造の領域を形成し、その結果、知られた構造と比較すると、ダイヤモンド層の基材に対する強固で優れた付着力がもたらされると考えられる。
【００３１】
より具体的な実施形態では、セラミック相は炭化珪素から構成され、炭化物形成材料の未反応相は珪素金属である。反応結合した炭化珪素（“ＲＢＳｉＣ”）として知られているこの材料は、純珪素よりも著しく優れた破壊靭性を有し、より優れた寸法安定性を提供し、その結果、研磨パッドコンディショナーのような、より平坦なＣＶＤダイヤモンド被覆複合製品がもたらされる。特に、珪素金属の分散相をその中に分散させているかまたは、炭化珪素の粒を珪素金属マトリックス内に分散させている、反応結合炭化珪素または黒鉛−炭化珪素複合体が、本発明のＣＶＤダイヤモンド被覆にとって特に好適な基材である。
【００３２】
一実施形態では、本発明は、表面を含み、且つ、炭化珪素を含む第一相、珪素金属を含む第二相、および該表面の少なくとも一部に付着する化学気相成長ダイヤモンド層を有する複合材料に関する。また本発明は、表面を有し、且つ、炭化珪素を含む第一相、珪素金属を含む第二相、随意のダイヤモンドグリット粒子、および該基材の少なくとも一部に配置された多結晶ダイヤモンド被覆を含む基材を含む、研磨パッドコンディショニングヘッドにも関する。特定の実施形態では、この研磨パッドコンディショナーは、炭化珪素表面と多結晶ダイヤモンド表面の間に置かれる接着層を含まない。別の言い方をすると、この特定の実施形態では、基材中の炭化珪素の少なくとも一部分が、多結晶ダイヤモンド層と直接接触している。
【００３３】
さらに本発明は、普通に成長した大きな個々のダイヤモンド結晶の「ポイントカット“point cutting”」 状況に起因する、コンディショニングヘッドとの接触から生じる固定砥粒パッド（および他の敏感なＣＭＰパッド）への損傷を、コンディショニングヘッド表面に大きなダイヤモンド結晶があることを回避することによって、著しく減じることができるという発見に関する。大きい結晶はコンディショニングの不均衡な配分をもたらすが、ＣＭＰ研磨パッドに対する損傷の不均衡な配分の原因となることも分かった。かかる結晶の高さを下げることは、これまでに記載した表面にこれまでに得られたものよりも著しく均質なコンディショニングヘッド表面の製造を通して、得られることが分かった。しかし、大きい結晶の数を減じることおよび表面均質性を向上させることは、市販のＣＭＰ研磨装置を使用して所望のコンディショニングレベルを得るために、コンディショナーに加えられるダウンフォースを増大させる必要性をもたらす。均質性の向上は、表面に適用された任意のダイヤモンドグリットの粒度分布を注意深く制御することによって、被覆された基材の単位面積当たりのグリット粒子の密度を注意深く制御することによって、または予め粗くした基材上にＣＶＤダイヤモンド層を成長させることによって達成することができるので、ダイヤモンド層の粗さは、一部では基材の表面粗さにより決定される。
【００３４】
別の実施形態では、本発明は、基材と、該基材上に実質的に一様に分布された約１〜約１５ミクロンの範囲の平均粒度を有するダイヤモンドグリット層と、少なくとも部分的に前記多結晶ダイヤモンドグリットを包み込み且つ前記表面に結合させるＣＶＤダイヤモンドの外側層であって、得られたグリットで被覆された基材（グリット被覆基材）上に成長させたＣＶＤダイヤモンドの外側層とを有する研磨パッドコンディショニングヘッドに関する。特定の実施形態では、得られたコンディショニングヘッドは、グリット寸法の少なくとも約２０％の厚さを有する多結晶ＣＶＤダイヤモンドに包み込まれた、グリット被覆基材を含み、その結果、好ましくは約１〜約１８ミクロンの全ダイヤモンド被覆厚がもたらされる。
【００３５】
別の実施形態では、コンディショニングヘッドは、１ミクロン未満の平均直径を有するダイヤモンドグリットも含む。このより小さいグリットは、基材およびグリットの第一層の上に、実質的に一様に分布される。
【００３６】
別の実施形態では、コンディショニングヘッドは、ダイヤモンドグリットの層またはその複数の層を分布する前にＣＶＤ多結晶ダイヤモンドの第一層で被覆された基材を含み、次いで、グリットで被覆された表面が、ＣＶＤ多結晶ダイヤモンドの第二層で被覆される。この実施形態では、ダイヤモンドグリットは、上述の１ミクロン〜１５ミクロンのダイヤモンドグリットの層を含んでもよいかまたは、やはり上記の１ミクロン未満のダイヤモンドグリットも含んでもよい。
【００３７】
いずれの上述の実施形態は、その一つの側部または両側部を被覆された基材を含んでもよく、その被覆は、少なくとも一つの被覆が上述の実施形態の一つの範囲に入る限りにおいては、同一または相違していてもよい。
【００３８】
別の実施形態では、本発明は、上述の研磨パッドコンディショニングヘッドを作製するための方法に関する。この方法の一つの好ましい実施形態は、まず、基材の露出した表面に約１〜約１５ミクロンの範囲の平均粒径を有するダイヤモンドグリットの第一層を一様に分布させて、１ｍｍ２あたり約１００〜約５００００粒の範囲の平均グリット密度を達成することを含む。次いで、多結晶ダイヤモンドの化学蒸着層を、グリット被覆基材の露出した表面に蒸着して、グリット寸法の少なくとも約２０％の厚さを有する多結晶ダイヤモンドに包まれたグリット被覆基材を有する研磨パッドコンディショニングヘッド製品を提供する。
【００３９】
同様に、多結晶ダイヤモンドの層をダイヤモンドグリットの分布の前に蒸着するときは、その方法は、好ましくは、基材の露出した表面に多結晶ダイヤモンドの層を化学気相成長させ、次いで、該多結晶ダイヤモンドの層の露出した表面に、ダイヤモンドグリットの第一層を一様に分布して、１ｍｍ２あたり約１００〜約５００００粒の範囲の平均グリット密度を達成することを含む。次いで、多結晶ダイヤモンドの外側層を、グリット被覆基材の露出した表面に化学気相成長して、グリット寸法の少なくとも約２０％の厚さを有する多結晶ダイヤモンドに包まれたグリット被覆基材を有する研磨パッドコンディショニングヘッド製品を提供する。本発明のこの好ましい実施形態では、ダイヤモンドグリットの寸法は広範囲にあってよく、サブミクロンのグリットと同じくらい小さいものから１００ミクロンよりも大きいものにわたる。特定の実施形態では、ダイヤモンドグリットの平均直径は約１〜約１５ミクロンの範囲にある。
【００４０】
ダイヤモンドグリットが基材の２つの側部に求められるときは、本発明の実施形態によると、コンディショニングヘッドの作製方法は、基材の第一側部の露出した表面に、約１〜約１５０ミクロンの範囲の平均粒径を有するダイヤモンドグリットの層を実質的に一様に分布して、１ｍｍ２あたり約１００〜約５００００粒の範囲の平均グリット密度を達成して、続いてグリットで被覆された側部の露出した表面に、多結晶ダイヤモンドの外側層を化学気相成長させることを含む。次いでこの基材を冷却して、約１〜約１５０ミクロンの範囲の平均粒径を有するダイヤモンドグリットの層を、該基材の第二側部の露出した表面上に実質的に一様に分布して、１ｍｍ２あたり約１００〜約５００００粒の範囲の平均グリット密度を達成する。この方法は好ましくは繰り返されて、グリットで被覆され、且つ、各側部につきグリット寸法の少なくとも約２０％の厚さを有する多結晶ダイヤモンドで包み込まれた、該基材の両側部を有する、研磨パッドコンディショニングヘッド製品を提供する。
【００４１】
別の実施形態では、本発明は、上述の、セラミック材料の第一相および炭化物形成材料の第二相を含み、さらに約１５ミクロン〜約１５０ミクロンの範囲の平均粒度を有し且つ基材の露出した表面に対して実質的に一様に分布されたダイヤモンドグリットの第一層を含む基材材料を有する、研磨パッドコンディショニングヘッドに関する。化学気相成長ダイヤモンド層は、少なくとも部分的にダイヤモンドグリットを包み込むおよび／または基材に結合させて、ダイヤモンドグリットで被覆された基材上に配置されるのが好ましい。より具体的には、ダイヤモンドグリットは約１５ミクロン〜約７５ミクロンの範囲にあることができる。
【００４２】
別の実施形態では、本発明は、基材と、その上に蒸着されたＣＶＤダイヤモンド被覆とを有する研磨パッドコンディショニングヘッドであって、該被覆の表面が、少なくとも約０．３０ミクロン、より好ましくは少なくとも約０．４０ミクロンの平均粗さ（Ｒａ）を有する研磨パッドコンディショニングヘッドに関する。この表面粗さ度が、より低い粗さレベルのコンディショニングヘッドと比べると、非固定型砥粒パッドに向上したコンディショニング結果を提供できると考えられる。
【発明の効果】
【００４３】
本発明のコンディショニングヘッドは、非常に穏やかなコンディショニングを要求する研磨パッドのコンディショニングに好適である。ＣＭＰおよび同様の種類の装置のためのコンディショニングヘッドは、従来のコンディショニングヘッドにより引き起こされる可能性のある表面損傷と比較すると、パッドの構造への損傷を著しく減じてパッドをコンディショニングすることが分かった。このことは、ウエハ除去率および研磨パッドの作製方法を犠牲にすることなく、研磨パッドの寿命を延ばすことを示している。他の利点としては、本発明のコンディショニングヘッドは、
（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。
【００４４】
本発明のコンディショニングヘッドは、固定砥粒パッドまたは研磨スラリーと共に用いるパッドのいずれかをコンディショニングするのに使用することができる。本発明は、例えば、誘電体、半導体（酸化物）膜、および半導体ウエハ上の金属膜などの表面を平坦化および／または研磨し、並びに、コンピュータハードディスクドライブなどに使用されるウエハおよびディスクを平坦化および／または研磨するのに用いられる研磨パッドを、コンディショニングすることができる。
【００４５】
さらに別の実施形態によると、本発明は、ダイヤモンドグリットの粒子をアルコールに懸濁して、この懸濁液を正味の正電荷を有する基材表面に塗布して、アルコールを蒸発させる前に過剰のダイヤモンド粒子を表面から除去することを含む、基材上にダイヤモンドグリットを実質上一様に堆積する方法に関する。
【００４６】
さらに別の実施形態では、本発明は、上述の実施形態に従って被覆された複合基材材料を作製する方法に関しており、多孔質セラミック体が、例えば、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、および同様の材料など、並びにこれらの組み合わせなどのセラミック材料の粒子から形成される。セラミック材料は、望ましくは炭化珪素である。多孔質セラミック体は、例えば、これらの混合物も含んで、珪素、チタン、モリブデン、タングステン、ニオブ、バナジウム、ハフニウム、クロム、ジルコニウム、および他の材料などの炭化物形成材料で浸潤され、珪素が特に好適である。全ての場合において、セラミック材料および炭化物形成材料は、化学気相成長によってダイヤモンドを蒸着するのに用いられる環境で安定している材料、すなわち約６００℃〜約１１００℃の範囲の温度で炭化水素および高濃度の水素を含む雰囲気で安定している材料から選択される。炭化物形成材料を含む炭化物形成相が、セラミック相よりも、化学気相成長ダイヤモンドに対してより高い付着力を有することが特に好ましい。
【００４７】
さらに別の実施形態では、本発明は、基材と、その上に蒸着されたＣＶＤダイヤモンド被覆とを有する研磨パッドコンディショニングヘッドであって、該コンディショニングヘッドが所望の非平面の表面特徴を含む研磨パッドコンディショニングヘッドに関する。より具体的には、本発明のコンディショニングヘッドは、コンディショニングヘッドの所望の有用性に役立つ、予測可能なまたは予測不可能な、隆起した表面特徴を含む。好ましい実施形態によると、ほとんどの状況下において、コンディショニングヘッドの非平面の表面特徴が、追加のダイヤモンドグリットの堆積の必要性を不要にすると考えられている。非平面のエッジシェービングまたはエッジ成形の特徴または領域は、例えば、同心円、破線、またはねじれた（staggered）同心円、らせん、破線らせん、矩形、破線矩形などを含む配置に方向付けされた、線状または非線状のラインセグメントであるのが好ましい。多くの考えられる隆起され且つ方向付けされた配置が可能であるが、同心円およびらせんが特に好ましい。用語「非平面“non-planar”」は、そうでなければ実質的に水平であるコンディショニングヘッドの固有の平面から隆起した特徴があることをいう。このように、隆起したエッジシェービングの特徴および領域は、コンディショニングヘッドの平面に対して面外にある、すなわち非平面であると言える。本発明の実施形態によると、隆起特徴が基材表面の平面から実質的に一様な高さを有することがさらに好ましいが、しかし、隆起表面の高さが所望の結果を達成するように調整されてもよいので、（所望の結果に従う）隆起特徴が、高さ、長さ、および幅に関して、実質的に一貫した寸法になってもよい、または、そうならなくてもよいと理解される。
【００４８】
上述のように、本発明の実施形態は、ヘッドの基材の表面特徴が、「ポイントカット“point cutting”」方法を用いる従来のヘッドによって与えられる好ましくない効果を取り除く、研磨パッドコンディショニングヘッドに関する。むしろ本発明の実施形態は、「エッジベース成形“edge-based shaping”」方法の存在によって向上したパッドコンディショニング表面をもたらす、予め選択された非平面の隆起した表面特徴を提供する。
【００４９】
本発明のさらなる目的、利点、および実施形態は、添付の図面を参照しつつ、本発明の以下の詳細な説明を読むことから明らかとなるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】図１は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られた２”および４”ＣＭＰパッドコンディショナーを例示する。
【図２】図２は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られた４”ＣＭＰパッドコンディショナーを例示する。このコンディショナーは、ステンレス製取付具の代わりにＰＰ裏当て取付具に取り付けられている。
【図３】図３は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られたＣＭＰパッドコンディショナーの表面を例示する。この例示は、ＣＶＤダイヤモンド被覆によってセラミックの鋸歯（ceramicserrate）に結合された単結晶ダイヤモンドを示す。
【図４】図４は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られたＣＭＰパッドコンディショナーの表面を示す写真である。
【図５】図５は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られたＣＭＰパッドコンディショナーでコンディショニングされた、ＣＭＰ研磨パッドの表面を示す。この図は、パッドの表面に切り込まれたらせん溝を示す。
【図６】図６は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られたＣＭＰコンディショナーでコンディショニングされた後の、ＣＭＰ研磨パッドの表面の干渉法マップである。
【図７】図７は、図６でなされた干渉法測定についての表面高さ確率密度を示すグラフである。λの値は、１／ｅのｙ値についての、０の右への、曲線の傾斜のｘ成分である。λの値は、パッドの表面粗さの測定値を与える。小さいλはパッドが平滑であることを意味し、大きいλ値はパッドが粗いことを意味する。
【図８】図８は、本発明の実施形態に従ってＣＶＤダイヤモンドで被覆された、溝付き非平面セラミック基材を示す図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態に従ってＣＶＤダイヤモンドで被覆された、隆起リングの非平面セラミック基材を示す図である。
【図１０】図１０Ａおよび１０Ｂは、本発明の実施形態に従ってＣＶＤダイヤモンドで被覆された、非線形の、実質的に同心円の破線の非平面セラミック基材を示す図である。
【図１１】図１１Ａおよび１１Ｂは、本発明の実施形態に従ってＣＶＤダイヤモンドで被覆された、非平面セラミック基材上で破線のらせん状に方向付けされた、非線形のラインセグメントを示す図である。
【図１２】図１２は、図１１Ａに示すような非平面セラミック基材の平面図である。
【図１３】図１３は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られたＣＭＰコンディショナーでコンディショニングされた後の、ＣＭＰ研磨パッドの表面の干渉法マップである。このコンディショナーは中型のダイヤモンドグリットを用いて製造された。表面高さのマップは、３つの異なる半径方向位置から取った試料の表面を示す。
【図１４】図１４は、図１３でなされた干渉法測定についての表面高さ確率密度を示すグラフである。３つの干渉法測定結果の全てをグラフに示す。３つのプロット全てのλ値を決定し、図１９に示す。
【図１５】図１５は、２００５年６月２４日に出願された米国特許公開第２００５／０２７６９７９号の実施形態に従って作られたＣＭＰコンディショナーでコンディショニングされた後の、ＣＭＰ研磨パッドの表面の干渉法マップである。このコンディショナーは微細なダイヤモンドグリットを用いて製造された。表面高さのマップは、３つの異なる半径方向位置から取った試料の表面を示す。
【図１６】図１６は、図１５でなされた干渉法測定についての表面高さ確率密度を示すグラフである。３つの干渉法測定結果の全てをグラフに示す。３つのプロット全てのλ値を決定し、図１９に示す。
【図１７】図１７は、本発明に従って作られたＣＭＰコンディショナーでコンディショニングされた後の、ＣＭＰ研磨パッドの表面の干渉法マップである。このコンディショナーは、図１２で図示したような、らせん状非平面形状で製造された。表面高さのマップは、３つの異なる半径方向位置から取った試料の表面を示す。
【図１８】図１８は、図１７でなされた干渉法測定についての表面高さ確率密度を示すグラフである。３つの干渉法測定結果の全てをグラフに示す。３つのプロット全てのλ値を決定し、図１９に示す。
【図１９】図１９は、図１４、１６、および１８のデータでつくられた、３つの測定結果の全てのλ値のグラフである。これらのグラフは、図１２からの非平面コンディショナーが、最も平滑なパッド表面を生成したことを示す。
【図２０】図２０は、銅除去率および非一様性に関して、ポイントカットＣＭＰコンディショナーを本発明のエッジシェービングＣＭＰコンディショナーと比較するグラフである。
【図２１】図２１は、銅除去率対摩擦係数に関して、ポイントカットＣＭＰコンディショナーを本発明のエッジシェービングＣＭＰコンディショナーと比較するグラフである。
【図２２】図２２は、銅除去率対パッド温度に関して、ポイントカットＣＭＰコンディショナーを本発明のエッジシェービングＣＭＰコンディショナーと比較するグラフである。
【図２３】図２３は、パッドカット率に関して、ポイントカットＣＭＰコンディショナーを本発明のエッジシェービングＣＭＰコンディショナーと比較するグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
用語「化学気相成長させる（化学的に蒸着させる）“chemically vapor deposited”」すなわち「ＣＶＤ」は、ここで使用するときは、真空蒸着法によって蒸着された物質を示し、反応性ガス状前駆物質からの熱活性化蒸着法、並びに、プラズマ法、マイクロ波法、ガス状前駆物質からのＤＣまたはＲＦプラズマアークジェット蒸着法を含むが、これらに限定されない。また、用語「実質的に一様に分布された」は、ここで使用するときは、ダイヤモンド粒子が基材表面全体にわたって均等に分布している本発明の実施形態と、ダイヤモンド粒子が基材表面の選択された部分に均等に分布している実施形態（例えばダイヤモンド粒子がマスクまたはシールドを用いて施されるときのように）の双方を示す。用語「炭化物形成材料」は、ここで使用するときは、適切な条件下で、炭化物の形で炭素と共有結合化合物を形成できる材料を意味する。その例は、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、タングステンなど、並びに、これらの組み合わせを含む。用語「分散された」は、ここで使用するときは、一層大量のマトリックス相に分布された包有物（inclusion）または相を意味する。望ましくは、これらの包有物の少なくとも一部分は、材料の一つ以上の表面に存在する。包有物は、粒または粒子状であってよく、あるいは、マトリックス相が散りばめられた材料の網状組織を形成してもよい。例えば、炭化珪素のマトリックス相およびこのマトリックス内に分散された珪素金属の第二相を含有する材料は、多孔質炭化珪素に溶融珪素を含浸させ、その材料を珪素の融点よりも低く冷却することによってつくることができた。
【００５２】
上述のように、炭化珪素、特に反応結合した炭化珪素複合体を含む基材は、炭化珪素により破壊靭性および剛性が高められたので、純珪素基材の特性よりも好ましい特性を提供することが分かった。複合基材における好ましい反応結合炭化珪素材料は、基材のセラミック材料成分と比較して、化学気相成長ダイヤモンドに対してより高い付着力も有する。本発明の実施形態によると、珪素金属の表面領域を含むように改変された炭化珪素を、ＣＶＤダイヤモンドのための基材として使用することは、いずれのＣＭＰコンディショニングヘッドの製造に適用することができる。ダイヤモンド被覆の特定の粗さを生成するためにここに開示した特定の技術は、特定寸法のダイヤモンドグリットの分布を用いるにしろ、好ましくは追加のダイヤモンドグリットの存在なしで被覆を用いるにしろ、本発明の追加の実施形態を形成する。かかる新規の技術は、ここに開示した複合炭化珪素基材と共に使用され得るかまたは、ここに記載するように他の任意の好適な基材材料と共に使用され得る。従って、以下に記載する技術は、本発明の炭化珪素基材と共に使用され得るかまたは、当技術分野で知られた従来の基材を含んで、他の任意の基材と共に使用され得る。同様に、本発明の複合炭化珪素基材は、ここに記載するダイヤモンド被覆技術と共に使用することができるかまたは、当技術分野で知られた従来のダイヤモンド被覆を含んで、他のダイヤモンド被覆と共に使用することができる。
【００５３】
本発明の実施形態によると、図１および図２の研磨パッドコンディショニングヘッドの製造は、下記の方法に従って行われる。第一工程において、約１〜約１５ミクロンの範囲の平均粒径を有するダイヤモンドグリット４の層（好ましくは単一層）が、基材６上に極めて一様な形で堆積される。基材表面のこのダイヤモンドグリットの密度は、１ｍｍ２あたり約１００〜約５００００粒である。所望であれば、典型的には約１ミクロン未満の平均粒度を有する、より小さいダイヤモンドグリットの追加の「層“layer”」を、グリットで覆われた基材に堆積させることができる。このより小さいグリットの一部は、既に堆積したより大きいグリット粒子の上に落下し得るが、より小さいグリットの他の部分は、より大きいダイヤモンドグリットによって覆われていない基材領域に落下するであろう。好ましくは、基材表面の小さいダイヤモンドグリットの密度は、１ｍｍ２あたり約４００〜約２０００粒である。
【００５４】
研磨パッドコンディショナーの製造において、基材表面に小さいダイヤモンドグリットの単一層を施した後に、ＣＶＤダイヤモンドの一様層５が基材６の露出した表面で成長する。基材上で成長させるＣＶＤダイヤモンド蒸着の好ましい方法は、ガーグ等の米国特許第５１８６９７３号（１９９３年２月１６日発行。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）に記載されクレームされた種類の、熱フィラメントＣＶＤ（ＨＦＣＶＤ）反応器を用いて実施される。しかし、従来技術で知られた他のＣＶＤ法、例えば、ＤＣプラズマ法、ＲＦプラズマ法、マイクロ波プラズマ法、または、ガス状前駆物質からのダイヤモンドのＲＦプラズマアークジェット蒸着法を使用することができる。
【００５５】
好ましくは、ＣＶＤダイヤモンド層が、工業等級のダイヤモンドの結晶配向度と比べると、＜２２０＞または＜３１１＞方向のいずれかおよび＜４００＞方向の向上した結晶配向を示すように、ＣＶＤダイヤモンドを基材の表面に化学的に気相成長（化学的に蒸着）させる。用語「化学的に気相成長させる（化学的に蒸着させる）“chemically vapor deposited”」は、水素と炭素化合物、好ましくは炭化水素の供給ガス混合物が、実質的に黒鉛状炭素蒸着を避けるようなやり方で活性化された気相からのダイヤモンド生成炭素原子に分解することによって起こるＣＶＤダイヤモンドの層の蒸着を含むものとする。炭化水素の好ましい種類は、Ｃ１〜Ｃ４飽和炭化水素、例えばメタン、エタン、プロパンおよびブタン、Ｃ１〜Ｃ４不飽和炭化水素、例えばアセチレン、エチレン、プロピレンおよびブチレン、ＣおよびＯを含むガス、例えば一酸化炭素および二酸化炭素、芳香族化合物、例えばベンゼン、トルエン、キシレン等、およびＣ、Ｈ、および少なくとも１つの酸素および／または窒素原子を含む有機化合物、例えばメタノール、エタノール、プロパノール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メチルアミン、エチルアミン、アセトンおよび類似の化合物を含む。供給ガス混合物中の炭素化合物の濃度は、約０．０１〜約１０重量％、好ましくは約０．２〜約５重量％、より好ましくは約０．５〜約２重量％で変化することができる。ＨＦＣＶＤ蒸着法で結果的に得られるダイヤモンド膜は、接着性の個々の結晶または実施的に粒間接着結合剤のない層状の微結晶凝集体の形態をしている。ダイヤモンド膜の全厚は、約１〜約５０ミクロン、より好ましくは約５〜約３０ミクロン、最も好ましくは約１０〜約１８ミクロンである。
【００５６】
ＨＦＣＶＤ法は、１つ以上の炭化水素と水素を含む供給ガス混合物を、大気圧よりも低い圧力、即ち１００トルよりも大きくない圧力下で、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｒｅまたはこれらの混合物で作られた加熱状態のフィラメント上に通すことによって活性化させ、活性化されたガス状混合物を加熱された基材上に流して多結晶質ダイヤモンド膜を蒸着させることを含む。水素中に０．１％〜約１０％の炭化水素を含む供給ガス混合物が熱活性化されて、炭化水素ラジカルと原子状水素を生成する。フィラメントの温度は約１８００℃〜２８００℃の範囲にある。基材は約６００℃〜約１１００℃の蒸着温度まで加熱される。
【００５７】
基材上にＣＶＤダイヤモンドを単純に成長させることに起因する表面粗さは、厚さ約１０ミクロンのＣＶＤダイヤモンドを有する基材上に、最上部から最下部まで約２〜５ミクロンの範囲にある。一般に、典型的なＣＶＤダイヤモンド層の最上部から最下部までの表面粗さは、基材上に成長させたＣＶＤダイヤモンドの厚さの約１／４〜約１／２の範囲にある。この表面粗さ度は、上述のＣＭＰパッドのためのＣＭＰコンディショニング作業にとって、所望の研磨効率を提供することができる。この概念の困難な点の１つは、作業用ダイヤモンド粒の粒度および密度を独立して制御することである。本発明の実施形態によると、天然ダイヤモンドのカットおよび人工の工業等級のダイヤモンドから商業的に入手できるダイヤモンドグリットを、ＣＶＤダイヤモンド薄膜の構造に組み入れる。グリットの寸法は、最上部と最下部の表面距離が約１５ミクロン未満であるかまたは、約１５ミクロンに等しいように選択される。このダイヤモンドグリットは、ダイヤモンドグリット粒子の単一層だけが確立されるような密度で、基材表面上に一様に分布される。ダイヤモンドグリットの平均寸法は、好ましくは約１ミクロン〜約１５ミクロン、より好ましくは約４ミクロン〜約１０ミクロンの範囲にある。ダイヤモンドグリットの寸法および密度を制御することによって、その結果得られる表面の研磨特性は、種々の改良されたコンディショニング用途のために、調節かつ予測可能に調整されることができる。
【００５８】
上述のように、ダイヤモンド粒の狭い分布を得ると共にこれらのダイヤモンド粒の寸法を制御するための一つの方法は、表面特性の所望の一貫性を有する表面微細構造がある基材上にＣＶＤダイヤモンドを成長させること、そして、そのダイヤモンドを所望の粒度および表面粗さを得るのに十分なレベルまで成長させることである。本発明の実施形態によると、基材の表面粗さを得るのを助けるために、基材複合体の構成要素として上述した種類の反応結合炭化珪素を用いる。炭化珪素の表面微細構造を注意深く制御してダイヤモンド粒の所望の一貫性に相当する一貫性を有することによって、また、ＣＶＤダイヤモンドをこの基材微細構造上で所望の粒度まで成長させることによって、損傷の原因となる大きい粒はないが、好適なコンディショニング結果を提供するのに十分に大きい平均粒度および平均粗さを有する、一貫性のあるダイヤモンド表面を得ることができる。同様の結果を得るための別の技術は、研磨された珪素のような平滑な表面に、機械的に刻み目を付けるかまたは粗面化することである。例えば、研磨された珪素のような平滑な表面を、表面に刻み目を付けるのに十分な非常に一貫性のある直径のダイヤモンドグリットと接触させ、そのグリットを除去し、粗面化された表面にＣＶＤダイヤモンドを所望の粒度まで成長させることによる。あるいは、溝および／または隆起部（ridge）が、機械的にまたは基材表面にレーザーカットを施してカットされ、その上にＣＶＤダイヤモンドを成長させ適切な粗さをもたらすことができる。従って、本発明の実施形態によると、最終製品のＣＭＰパッドコンディショナーは、極めて平滑な（パッド）表面を生成するように製造および制御され、その結果、研磨される部品上の表面欠陥を実質的に減じることによって、極めて平滑な部品表面（例えばウエハ表面）を生成する。
【００５９】
非平面の隆起した表面パターンは、ダイヤモンド粒度の制御と組み合わせて選択されるのが好ましく、「エッジシェービングまたはエッジ成形“edge-shaving or shaping”」によってパッドをコンディショニングする、「ポイントカット“point cutting”」と比べると平滑なパッドコンディショナー表面を達成する。基材へのダイヤモンドの付着力が向上すると、非常に薄いが少なくともそれと同時に強固で耐久性のあるダイヤモンド被覆を可能にするという点で、基材複合体に反応結合炭化珪素を使用することは、ダイヤモンドの蒸着および成長の制御に寄与しており、また加工時間を減じ、全体の製造コストを下げる。これらの改善がより平滑なパッド表面をもたらし、このことが改善された最終製品（例えば、ウエハ、フィルムなど）をもたらす。
【００６０】
本発明において有用である例示的なコンディショニングパッドの表面パターンは、交差する線の格子（図８）、隆起した外側リング（図９）、一連の同心円または楕円（図１０Ａおよび図１０Ｂ）、コンディショニングヘッドの中心から始まるらせんパターン（図１１Ａおよび１１Ｂ）、コンディショニングヘッドの中心点またはその付近から延びる一連の放射状の線（図示せず）、およびこれらの組み合わせを含む。溝８は、約５０ミクロン〜２００ミクロン、典型的には約１００ミクロン〜１２０ミクロンの深さ、約０．０３ｍｍ〜０．１ｍｍ、典型的には約０．０４ｍｍ〜０．０５ｍｍの幅、および約３ｍｍ〜１０ｍｍ、典型的には約５ｍｍの間隔を有し得る（間隔は、放射状に延びる溝については当然大幅に変わるであろう）。ＣＶＤダイヤモンドで被覆するのに好適であるレーザーカット溝を含む反応結合炭化珪素基材の例は、図８に例示される。
【００６１】
再び、米国特許公開第２００５／０２７６９７９号（２００５年６月２４日出願）に記載された実施形態のＣＭＰパッドコンディショナーが、各ダイヤモンド結晶の衝突またはカットによって、ＣＭＰパッド表面を加工する。従って、各ダイヤモンドは、シングルポイントカットツールのように作用する。これらのダイヤモンド結晶は、次いで、図５Ａおよび図５Ｂに示すように、パッドの回転およびコンディショナーのための回転に基づいた回転パターンで、パッドの表面に衝突するかもしくは掻き傷をつけ、且つ／または、パッドの表面をカットする。このことは、パッドベースの半径方向距離を横切って、パッドベース（表面）にテクスチャの差を創生する。図６は、ダイヤモンドグリットにより製造したＣＭＰパッドコンディショナーを用いてコンディショニングされた、典型的なパッド表面の干渉法による測定結果（interferometry measurements）である。図７は、図６のパッド表面についての表面高さ確率のグラフである。表面高さ０（ゼロ）を越して右側の曲線の傾斜が、パッド表面のテクスチャに関する情報を与える。この傾斜が浅いならば、パッド表面は大きい隆起を有し、急な傾斜よりも粗さがある。この傾斜を定量化する方法は、値λを測定することである。λは傾斜のｘ成分であって、そこでは、ｙ成分は１／ｅとして定義される。従って、λが小さければ表面は平滑である。
【００６２】
本発明の実施形態に従うＣＭＰパッドコンディショナーは、カットポイントの代わりに、成形エッジを創生することに基づいている。成形エッジは、非平面の隆起した基材表面の特徴によって創生される。例えば、図１１Ａに示す実施形態は、一連のらせん状の隆起した表面１１を有する。これらの隆起した表面は、基材表面に平行な頂面および交差する角度を有する面から構成される。平行な表面と角度を有する面との交差は、予め選択されたエッジを創生する。このエッジが、ＣＭＰパッド表面に衝突するかまたはこれを成形するコンディショナーの作用領域である。これが、パッドを「引っ掻き“scratching”」且つカットするのではなく、パッド表面を「シェービング“shaving”」するコンディショナーをもたらす。その結果、本発明の実施形態によると、実質的に一様なパッド表面の表面仕上げが、パッド表面の中心から縁部まで生じる。例えば、本発明の実施形態によると、この種類のコンディショナーは、非平面の表面を有する基材で構成される。パッドコンディショニング表面の非平面性は、実線または破線のらせん状リブまたは同心円として方向付けされた、一連の隆起した表面、または、所望の結果を与えるであろう任意の所望の加工された表面であることができ、例えば、図１０Ａおよび図１０Ｂ並びに図１１Ａおよび図１１Ｂに示すようなものである。表面がつくられて、次いで、所望のダイヤモンド粗さを与える所望の厚さまで、ＣＶＤダイヤモンドで被覆される。さらに、選択されたセラミック複合体成分よりも化学気相成長ダイヤモンドに対する高い付着力を有する反応結合炭化珪素の、複合基材への好ましい使用は、実質的により一様なダイヤモンド層粗さにも寄与する、さらに薄いＣＶＤダイヤモンド層の蒸着を許容する。
【００６３】
実施例
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。
【００６４】
実施例１
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。
【００６５】
実施例２
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。
【００６６】
実施例３
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。
【００６７】
実施例４
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。
【００６８】
実施例５
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。
【００６９】
実施例６
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。
【００７０】
実施例７
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。
【００７１】
図２０〜２２は、知られたポイントカットＣＭＰコンディショニングヘッドと本発明のエッジシェービングＣＭＰコンディショニングヘッドとの銅除去率を比較する検査に関して集められた、プロットデータ点のグラフである。さらに具体的には、図２０は、ポイントカットＣＭＰコンディショニングヘッドとエッジシェービングＣＭＰコンディショニングヘッドの両方を用いた、相対的な銅除去率を示す。プロットされた結果は、本発明のエッジシェービングの実施形態を用いた銅除去率において、ほぼ５０％の増加を示している。図２１は、ポイントカットＣＭＰコンディショニングヘッドとエッジシェービングＣＭＰコンディショニングヘッドの両方を用いた、相対的な銅除去率対摩擦係数を示す。プロットされた結果は、本発明のエッジシェービングの実施形態を用いた銅除去率において、ほぼ４２％の増加を示している。図２２は、ポイントカットＣＭＰコンディショニングヘッドとエッジシェービングＣＭＰコンディショニングヘッドの両方を用いた、相対的な銅除去率対パッド温度を示す。プロットされた結果は、本発明のエッジシェービングの実施形態を用いた同じ温度での銅除去率において、ほぼ５０％の増加を示している。
【００７２】
更に、ポイントカットＣＭＰコンディショニングヘッドとエッジシェービングＣＭＰコンディショニングヘッドの両方を使用した場合のパッドカット率を決定するための実験を行った。プロットされた結果は、本発明のＣＭＰコンディショニングヘッドを使用したときに、種々のグリット寸法を知られたポイントカットＣＭＰコンディショニングヘッドで使用し続けた摩耗と比較して、パッドの摩耗および材料除去において著しい減少があったことを示している。
【００７３】
本発明をその特定の実施形態を参照して詳細に説明したが、種々の変更、改変、および置換が特許請求の範囲から逸脱することなくなされることができ、そしてこれらは特許請求の範囲内に含まれるものとし、また均等物が、特許請求の範囲から逸脱することなく使用でき、そしてこれらが特許請求の範囲内に含まれるものとすることは、当業者に明らかであろう。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
2011514848.tif 000022
【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年2月4日(2011.2.4)
【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】
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み、前記隆起した領域が、前記基材表面に実質的に平行な頂面および前記頂面と前記基材表面の間にある交差する角度を有する面を含み、前記頂面と前記角度を有する面それぞれの交差が、シェービングエッジをもたらすコンディショニングヘッド。
【請求項２】
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み、前記隆起した領域が、前記基材表面に実質的に平行な頂面および前記頂面と前記基材表面の間にある交差する角度を有する面を含み、前記頂面と前記角度を有する面それぞれの交差が、シェービングエッジをもたらすコンディショニングヘッド。
【請求項３】
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み、前記隆起した領域が、前記基材表面に実質的に平行な頂面および前記頂面と前記基材表面の間にある交差する角度を有する面を含み、前記頂面と前記角度を有する面それぞれの交差が、シェービングエッジをもたらすコンディショニングヘッド。
【請求項４】
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に記載のコンディショニングヘッド。
【請求項５】
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。
【請求項６】
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。
【請求項７】
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。
【請求項８】
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。
【請求項９】
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。
【請求項１０】
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。
【請求項１１】
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。
【請求項１２】
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。
【請求項１３】
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。
【請求項１４】
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。
【請求項１５】
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。
【請求項１６】
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。
【請求項１７】
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。
【請求項１８】
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。
【請求項１９】
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。
【請求項２０】
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。
【請求項２１】
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。
【請求項２２】
（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み、前記隆起した領域が、前記基材表面に実質的に平行な頂面および前記頂面と前記基材表面の間にある交差する角度を有する面を含み、前記頂面と前記角度を有する面それぞれの交差が、シェービングエッジをもたらすコンディショニングヘッド。
【国際調査報告】
2011514848.tif 000028
2011514848.tif 000029