特許 6133218 化学機械平坦化パッドコンディショナー

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6133218

(24)【登録日】2017年4月28日

(45)【発行日】2017年5月24日

(54)【発明の名称】化学機械平坦化パッドコンディショナー

(51)【国際特許分類】

   B24B 53/017 20120101AFI20170515BHJP

   B24B 53/12 20060101ALI20170515BHJP

   H01L 21/304 20060101ALI20170515BHJP

【ＦＩ】

   B24B53/017 A

   B24B53/12 Z

   H01L21/304 622M

【請求項の数】19

【全頁数】33

(21)【出願番号】特願2013-557810(P2013-557810)

(86)(22)【出願日】2012年3月6日

(65)【公表番号】特表2014-510645(P2014-510645A)

(43)【公表日】2014年5月1日

(86)【国際出願番号】US2012027916

(87)【国際公開番号】WO2012122186

(87)【国際公開日】20120913

【審査請求日】2015年3月6日

(31)【優先権主張番号】61/513,294

(32)【優先日】2011年7月29日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/506,483

(32)【優先日】2011年7月11日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】61/449,851

(32)【優先日】2011年3月7日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】505307471

【氏名又は名称】インテグリス・インコーポレーテッド

(74)【代理人】

【識別番号】100105957

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 誠

(74)【代理人】

【識別番号】100068755

【弁理士】

【氏名又は名称】恩田 博宣

(74)【代理人】

【識別番号】100142907

【弁理士】

【氏名又は名称】本田 淳

(72)【発明者】

【氏名】スミス、ジョセフ

(72)【発明者】

【氏名】ギャルピン、アンドリュー

(72)【発明者】

【氏名】ワーゴ、クリストファー

【審査官】 亀田 貴志

(56)【参考文献】

【文献】 米国特許出願公開第２００８／０１５３３９８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００４−２６８２４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−０５８２３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００３−５１１２５５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−０５３６６５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２４Ｂ ５３／０１７

Ｂ２４Ｂ ５３／１２

Ｈ０１Ｌ ２１／３０４

ＤＷＰＩ（Ｔｈｏｍｓｏｎ Ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ）

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

化学機械研磨パッドコンディショナーであって、前記化学機械研磨パッドコンディショナーは、
基板であって、該基板と一体の複数の突出部を有する前面を含む基板、を含み、
前記複数の突出部は、前記前面にほぼ垂直な正面方向に延在し、かつ該複数の突出部の各々が遠位端を含み、
前記複数の突出部は：
その遠位端が位置合せ面の変動の範囲内にある複数の突出部のサブセットと、
前記サブセットの各突出部の少なくともその遠位端を被覆する多結晶ダイヤモンドのコーティングと
を含み、
前記位置合せ面は前記前面にほぼ平行であり、前記サブセットの各突出部は、互いに対して一定かつ所定の関係で前記位置合せ面に配置されており、
前記基板は、同基板に粒子を結合することなく、前記サブセットに含まれる各突出部が、前記前面からその遠位端までの距離がそれぞれ異なる遠位端を有することにより少なくとも部分的に粗さが付与される材料からなり、かつ
前記コーティングは前記粗さに適合している化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項2】

前記基板が、２０μｍを超える細孔寸法を含む多孔質材料からなる、請求項１に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項3】

前記遠位端の各々が、前記複数の突出部の前記サブセットの対応する突出部のメサに含まれており、前記メサが、前記正面方向と反対の方向に、前記対応する突出部の遠位端から所定の距離以内であるものとして画定される、請求項１または２に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項4】

前記遠位端からの前記所定の距離が、０．３μｍ〜２０μｍである、請求項３に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項5】

前記突出部の前記遠位端上の多結晶ダイヤモンドの前記コーティングが、前記メサにわたる二乗平均平方根粗さを有し、前記遠位端からの前記所定の距離が、前記二乗平均平方根粗さの３〜５倍である、請求項３または４に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項6】

前記メサにわたる前記多結晶ダイヤモンドの前記二乗平均平方根粗さが、０．５μｍ〜１０μｍである、請求項５に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項7】

前記メサが、前記各突出部の突出高さの一定の割合の範囲内にある突出部の領域として画定される、請求項３〜６のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項8】

前記一定の割合が、５％〜５０％の範囲内である、請求項７に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項9】

前記変動が、５μｍ〜５０μｍの範囲である、請求項１〜８のいずれか一項に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項10】

前記変動が、１０μｍ〜２５μｍの範囲である、請求項９に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項11】

前記基板が、炭化ケイ素を含む、請求項９に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項12】

前記基板は少なくとも１０％の気孔率を有する、請求項９に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項13】

前記メサは角を丸められた角隅部を含む、請求項３に記載の化学機械研磨パッドコンディショナー。

【請求項14】

パッドコンディショナーであって：前記パッドコンディショナーは、
基板であって、該基板と一体の複数の突出部を有する前面を含む基板、を含み、
前記複数の突出部の各々が、前記前面に垂直な対応する位置合せ軸の周りで正面方向に延在し、前記複数の突出部の各々が同突出部のメサに含まれる遠位端を含み、前記遠位端は位置合せ面の変動の範囲内にあり、前記位置合せ面は前記前面とほぼ平行であり、前記メサが、前記正面方向と反対の方向に対応する突出部の前記遠位端から所定の距離以内であるものとして画定され、前記複数の突出部の前記位置合せ軸の各々が、前記基板の前記前面における所定の位置を画定し、前記各突出部が対応するメサの基部において断面を画定し、
前記複数の突出部の少なくとも一部について、前記断面の重心が前記対応する位置合せ軸からオフセットされており、
前記基板は、前記基板に粒子を結合することなく、前記各突出部が、前記位置合せ面の変動の範囲内にある前記遠位端であって前記前面からその遠位端までの距離がそれぞれ異なる前記遠位端を有することにより少なくとも部分的に粗さが付与される材料からなるパッドコンディショナー。

【請求項15】

前記メサは角を丸められた角隅部を含む、請求項１４に記載のパッドコンディショナー。

【請求項16】

前記断面の各々が、対応する主要寸法を画定し、前記複数の突出部の一部について、前記断面の前記重心が、前記主要寸法の少なくとも５％の距離だけ、前記対応する位置合せ軸からオフセットされている、請求項１４に記載のパッドコンディショナー。

【請求項17】

前記メサが、前記各突出部の突出高さの一定の割合の範囲内にある突出部の領域として画定され、前記一定の割合が、前記突出高さの５％〜１０％の範囲である、請求項１４に記載のパッドコンディショナー。

【請求項18】

第１のパターンを画定する第１のサブセットの突出部と；
第２のパターンを画定する第２のサブセットの突出部と
をさらに含み、
前記第２のサブセットの突出部の少なくとも一つが、前記基板において前記第１のサブセットの突出部の中で分散されている、請求項１４に記載のパッドコンディショナー。

【請求項19】

請求項１４乃至１８のいずれか一項に記載のパッドコンディショナーは、前記複数の突出部の前記遠位端を少なくとも被覆する多結晶ダイヤモンドのコーティングを含み、前記コーティングは前記粗さに適合しているパッドコンディショナー。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、一般に、半導体製造装置に関する。より詳細には、本開示は、半導体の製造に使用される研磨パッドを清浄化するためのコンディショニングデバイスに関する。

【背景技術】

【0002】

化学機械平坦化（ＣＭＰ）は、半導体チップおよびメモリ素子の製造に広く使用されている。ＣＭＰプロセス中、研磨パッド、研磨スラリー、および選択的な化学試薬の作用によって、材料がウエハ基板から除去される。時間の経過とともに、研磨パッドは、ＣＭＰプロセスからのデブリが詰まって、埋まってくる。研磨パッド表面を研磨し、研磨パッドの表面上で、細孔を開け、凹凸を形成するパッドコンディショナーを用いて、研磨パッドは、定期的に修復される。パッドコンディショナーの機能は、ＣＭＰプロセスの除去速度を維持することである。

【0003】

ＣＭＰは、半導体およびメモリ素子の製造における生産コストの多くを占める。これらのＣＭＰコストには、研磨パッド、研磨スラリー、パッドコンディショニングディスクならびに平坦化および研磨動作中に摩耗する様々なＣＭＰ部品に関連するコストが含まれる。ＣＭＰプロセスのさらなるコストには、研磨パッドを交換するための、工具の休止時間およびＣＭＰ研磨パッドを再検査するための試験ウエハのコストが含まれる。

【0004】

典型的な研磨パッドは、厚さ約０．１６センチメートルの独立気泡ポリウレタンフォームを含む。パッドコンディショニング中、パッドは、パッド表面の気泡層を物理的に切削するために機械的研磨にかけられる。パッドの露出表面は、連続気泡を含み、これは、ＣＭＰプロセス中に、使用済みの研磨スラリーおよびウエハから除去された材料からなる研磨スラリーを捕捉するのに使用され得る。それぞれのその後のパッドコンディショニング工程において、パッドコンディショナーは、埋め込まれた材料を含む気泡の外層を除去し、外層の下の層の除去を最小限に抑える。研磨パッドの過度のテクスチャ加工（ｏｖｅｒ−ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）が、寿命を縮める一方、不十分なテクスチャ加工（ｕｎｄｅｒ−ｔｅｘｔｕｒｉｎｇ）は、ＣＭＰ工程中の不十分な材料除去速度およびウエハ均一性の欠如につながる。

【0005】

ＣＭＰパッドコンディショナーの１つのタイプは、ダイヤモンド研磨材が固定された１０１．６ｍｍ（４インチ）のディスクである。ダイヤモンドでコーティングされたディスクは、回転され、研磨パッド表面上に押圧されて、上層を切削して、除去する。ダイヤモンドは、典型的に、エポキシまたは金属マトリクス材料に組み込まれる。しかしながら、ダイヤモンドは、これらのパッドコンディショナーから剥がれることがあり、これは、研磨動作中のウエハの引っ掻きによる収率低下につながり得る。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

剥がれる研磨粒子を減少させるかまたはなくすＣＭＰパッドドレッサーおよびＣＭＰ研磨パッドを研削するための、様々な表面高さを有するＣＭＰパッドドレッサーが引き続き必要とされている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の様々な実施形態において、特徴部高さ（ｆｅａｔｕｒｅ ｈｅｉｇｈｔ）の所望の分布およびメサ粗さ特性（ｍｅｓａ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ）を有するように基板から加工されたパッドコンディショナーが提供される。パッドコンディショナーは、基板に付着されたダイヤモンド粒子などの超砥粒を含まないため、粒子がパッドコンディショナーから剥がれる問題がなくなる。その代わりに、成形されたセラミック上の突出部が、パッド表面への力の集中（ｆｏｒｃｅ ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｉｏｎ）を提供する幾何学的特徴部（ｇｅｏｍｅｔｒｉｃ ｆｅａｔｕｒｅｓ）として働く。これらの特徴部の切削性能および寿命は、表面突出部上に成長された多結晶ＣＶＤダイヤモンドコーティングによって大幅に向上される。本発明の形態は、パッドコンディショナーおよびパッドコンディショナーを作製する方法を含む。

【0008】

一実施形態において、加工プロセスは、上記の分布および粗さ特性を提供する多孔質基板材料の特性を利用する。特徴部は、基板から加工されるため、粒子を基板に結合する必要がなくなる。

【0009】

一実施形態において、特徴部は、所定のパターンで配置される。パターンは、マトリクス状（ｍａｔｒｉｘｉｃａｌ）であり得、すなわち、反復するマトリクスパターンで均一に分布され得る。特徴部は、様々な特徴部高さが分散された、高さの二峰性または多峰性分布を含み得る。

【0010】

化学機械平坦化（ＣＭＰ）は、化学的力と機械的力との組合せを用いて表面を平滑化するプロセスであり、パッドコンディショナーを定期的に用いて、研磨パッドを修復する。パッドコンディショナーの機能は、ＣＭＰプロセスの除去速度を維持することである。パッドコンディショナーは、ＣＭＰ研磨パッドコンディショナーまたは研磨パッドコンディショニングヘッドとも呼ばれ得る。

【0011】

均一な高さの特徴部を高い密度（単位面積当たりの数）にて有するパッドコンディショナーは、ＣＭＰ研磨パッドに対して特徴部ごとに実質的に均一な力を生成する傾向がある。このようなパッドコンディショナーの例が、例えば、ミョン（Ｍｙｏｕｎｇ）に付与された米国特許第６，４３９，９８６号明細書（ミョン（Ｍｙｏｕｎｇ））（均一な高さの加工された特徴部を開示している）；ローウィング（Ｌａｗｉｎｇ）への米国特許出願公開第２００２／０１８２４０１号明細書（ローウィング（Ｌａｗｉｎｇ））（粒子が均一な接触面を画定するような、一時的な保持層を用いた粒子の配置を開示している）；スルツ（Ｓｌｕｔｚ）らに付与された米国特許第７，３６７，８７５号明細書（スルツ（Ｓｌｕｔｚ））（様々な構成のセラミック材料および未反応炭化物形成材料の複合基板にＣＶＤダイヤモンドコーティングが適用された複合材料を開示している）によって開示されている。他のパッドコンディショナーは、突出する特徴部を含まず、その代わりに、コンディショニングを行うための表面粗さに依存している。例えば、コーネリアス（Ｃｏｒｎｅｌｉｕｓ）らへの欧州特許出願公開第０５４０３６６Ａ１号明細書（コーネリアス（Ｃｏｒｎｅｌｉｕｓ））（サイズが２μｍ〜５０μｍの範囲の結合された炭化ケイ素粒子を含み、ダイヤモンド層が結合された基板を開示している）；ツィマー（Ｚｉｍｍｅｒ）らに付与された米国特許第６，６３２，１２７号明細書（ツィマー（Ｚｉｍｍｅｒ））（基板および基板に結合された微粒子の化学蒸着多結晶ダイヤモンドの層、あるいは、ＣＭＰコンディショニングディスク基板に結合された多結晶ダイヤモンドの薄いシートを開示している）を参照されたい。このような「突出部のない（ｐｒｏｔｒｕｓｉｏｎｌｅｓｓ）」基板はまた、パッドコンディショナーに対する切削面として用いられる場合、パッドコンディショナーの切削面にわたる実質的に均一な力を生成する傾向がある。一般に、均一な突出部の高さおよび突出部のない表面によって生成されるような均一な力の分布は、標準的な動作圧力で最低の切削速度も生成する。

【0012】

一方、不規則な形状のまたは不規則に配向された研磨粒子が基部に結合されたパッドコンディショナーの突出した（ｐｒｏｕｄｅｓｔ）特徴部に対して生成される力では、粒子がより高い力を受けて、パッドコンディショナーから剥がれることがある。例えば、ソン（Ｓｕｎｇ）に付与された米国特許第７，２０１，６４５号明細書（ソン（Ｓｕｎｇ））（複数の超砥粒が基板に取り付けられた、起伏のあるＣＭＰパッドドレッサーを開示している）；アン（Ａｎ）らへの米国特許出願公開第２００６／０１２８２８８号明細書（アン（Ａｎ））（より小さい研磨粒子とより大きい研磨粒子との直径差が１０％〜４０％の範囲である研磨粒子を金属基板に固定する金属製の結合材の層を開示している）を参照されたい。剥がれた粒子は、研磨パッドによって捕捉され得、これは、研磨動作中のウエハの引っ掻きにつながり得る。

【0013】

この難題は、様々な高さの加工された特徴部を有するパッドコンディショナーを生成する加工プロセスによって克服され得る。一実施形態において、特徴部は、特徴部高さの多峰性分布を生成するエッチングプロセスから作製される。基板材料の多孔質特性も、所望の分布特性を提供することができ；すなわち、高度に多孔質の基板またはより広い細孔径分布を有する基板が、より高密度の基板またはより均一な細孔径分布を有する基板より広い範囲にわたる特徴部高さの集団を生成するであろう。多孔質基板材料は、細孔径および細孔径分布によって変動もする粗度を有するピーク領域または「メサ（ｍｅｓａ）」を有する特徴部を提供することもできる。

【0014】

一実施形態において、化学機械研磨パッドコンディショナーは前面および背面を有するセラミック基板を含み、セラミック基板の前面は、セラミック基板から一体成形される第１の組のセラミック突出部およびセラミック基板から一体成形される第２の組のセラミック突出部からなるか、または含み、第１の組のセラミック突出部は、基準面から測定される第１の平均高さによって特徴付けられ得、第２の組のセラミック突出部は、基準面から測定される第２の平均高さによって特徴付けられ得、第１の平均高さは、第２の平均高さとは異なる。本発明のある形態において、第１の組のセラミック突出部および第２の組のセラミック突出部はそれぞれ上面を有する。突出部は、多結晶ダイヤモンドの層をさらに含み得る。パッドコンディショナーのある形態において、第１の組のセラミック突出部の各突出部の上部は、粗い非平面を有し、第２の組のセラミック突出部の各突出部の上部は、粗い非平面を有する。パッドコンディショナーは、ＣＭＰパッドを切削して、細孔を開け、凹凸を形成する。

【0015】

パッドコンディショナーのある形態において、各平均高さの突出部は、パッドコンディショナーの切削面にわたって再現性のあるパターンで形成される。パッドコンディショナーの別の形態において、基板は、第１の平均高さのセラミック突出部より小さい第２の平均高さのセラミック突出部を含み、ここで、第２の平均高さのセラミック突出部は、基板の外縁の近くの環状領域に配置される。パッドコンディショナーの別の形態において、基板は、第１の平均高さのセラミック突出部より小さい２つ以上の高さのセラミック突出部を含み、ここで、より小さいセラミック突出部は、基板の外縁の近くの環状領域に配置される。より低プロファイルのセラミック突出部により、パッドコンディショナーが、研磨パッドの切削にゆっくりと入ることができ、これらの突出部に対する機械的応力が軽減される。本発明のある形態において、セラミック突出部は、炭化ケイ素であり；他の形態において、突出部は、ベータ炭化ケイ素である。

【0016】

本発明のパッドコンディショナーの幾らかの実施形態は、基板に固定された１つ以上のセグメントの基板を含む。本発明のある形態において、１つ以上のセグメントはそれぞれ、同じ突出部を有することができ、または１つ以上のセグメントは、各セグメントに２つ以上の突出部の同じ組合せを有することができる。本発明の他の実施形態において、セグメントはそれぞれ、異なる突出部を有することができ、またはセグメントは、２つ以上の突出部の異なる組合せを有することができる。

【0017】

一実施形態において、化学機械研磨パッドコンディショナーは、基板と一体の複数の突出部を有する前面を有する基板を含み、複数の突出部は、前面にほぼ垂直な正面方向に延在し、複数の突出部のそれぞれが遠位端（ｄｉｓｔａｌ ｅｘｔｒｅｍｉｔｙ）を含む。複数の突出部は、位置合せ面（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ｐｌａｎｅ）の変動（ｖａｒｉａｎｃｅ）の範囲内にある遠位端を有する複数の突出部のサブセットを含み、位置合せ面は、前面にほぼ平行であり、複数の突出部のサブセットの突出部は、互いに対して一定かつ所定の関係で位置合せ面上に配置される。多結晶ダイヤモンドのコーティングは、少なくとも、複数の突出部のサブセットの遠位端を被覆する。基板は、少なくとも１０％の気孔率を有する。

【0018】

本発明の別の実施形態において、複数の突出部のそれぞれが、前面に垂直なそれぞれの位置合せ軸（ｒｅｇｉｓｔｒａｔｉｏｎ ａｘｉｓ）の周りで正面方向に延在し、それぞれの位置合せ軸のそれぞれが、基板の前面における所定の位置を画定する。第１のサブセットの突出部は、前面における所定の位置によって特定され、第１の平均高さを画定し、第１のサブセットの突出部の所定の位置は、第１の所定のパターンを画定する。第２のサブセットの突出部は、前面における所定の位置によって特定され、第２のサブセットの突出部の所定の位置は、第２の所定のパターンと、第１の平均高さよりも低い第２の平均高さと、を画定する。一実施形態において、第２のサブセットの突出部の少なくとも一部は、第１のサブセットの突出部の少なくとも一部の中で分散され、第２のサブセットの突出部の一部は、第１のサブセットの突出部の少なくとも１つのそれぞれの高さよりも高いそれぞれの高さを有する。

【0019】

ある実施形態において、化学機械研磨パッドコンディショナーは、実質的に類似した第１の基本寸法をそれぞれが有する第１のサブセットの突出部を含み、第１のサブセットの突出部は、第１のパターンを画定し、第１の平均高さを有する。実質的に類似した第２の基本寸法をそれぞれが有する第２のサブセットの突出部も含まれ、第２のサブセットの突出部は、第２のパターンを画定し、第２の平均高さを有する。一実施形態において、第１の基本寸法は、第２の基本寸法より大きく、第２のサブセットの突出部の少なくとも一部は、第１のサブセットの突出部の少なくとも一部の中で分散される。

【0020】

特定の実施形態において、複数の突出部のそれぞれが、遠位端を含み、複数の突出部は、第１の位置合せ面を中心とした第１の変動の範囲内にある遠位端を有する第１のサブセットの突出部を含み、第１の位置合せ面は、前面にほぼ平行であり、第１のサブセットの突出部の突出部は、互いに対して一定かつ所定の関係で基板上に配置される。第２のサブセットの突出部は、第２の位置合せ面を中心とした第２の変動の範囲内にある遠位端を有し、第２の位置合せ面は、前面にほぼ平行であり、第２のサブセットの突出部の突出部は、互いに対して一定かつ所定の関係で基板上に配置される。一実施形態において、第２のサブセットの突出部の少なくとも一部は、第１のサブセットの突出部の少なくとも一部の中で分散される。第２のサブセットの突出部のそれぞれが、３μｍを超える二乗平均平方根表面粗さを含み得る。

【0021】

様々な実施形態において、複数の突出部のそれぞれが、それぞれの突出部のメサ上に配置された遠位端を含み、メサは、正面方向と反対の方向に、それぞれの突出部の遠位端から所定の距離以内であるものとして画定される。複数の突出部のそれぞれが、メサの基部において、重心を画定する断面を画定する。複数の突出部の少なくとも一部では、断面の重心は、それぞれの位置合せ軸からオフセットされている。

【0022】

パッドコンディショナーを作製するいくつかの例示的な物品、組成物、装置、および方法が示されているが、当然ながら、本発明が、これらの形態に限定されないことが理解されよう。特に上記の教示を考慮して、当業者は変更を行い得る。例えば、一形態の工程、構成要素、または特徴が、別の形態の相当する工程、構成要素、または特徴の代わりに用いられ得る。さらに、パッドコンディショナーは、任意の組合せまたは副次的な組合せにおけるこれらの形態の様々な態様を含み得る。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の一実施形態のコンディショナーを備えたウエハ研磨装置の斜視図である。

【図2A】本発明の実施形態のパッドコンディショナーの断面図である。

【図2B】本発明の実施形態のパッドコンディショナーの断面図である。

【図2C】本発明の実施形態のパッドコンディショナーの断面図である。

【図3A】本発明の実施形態のパッドコンディショナーの断面図である。

【図3B】本発明の実施形態のパッドコンディショナーの断面図である。

【図3C】本発明の一実施形態のパッドコンディショナーの部分斜視図である。

【図3D】本発明の一実施形態のパッドコンディショナーの一部の拡大画像である。

【図4A】先行技術の突出部の斜視図である。

【図4B】先行技術の突出部の断面図である。

【図4C】本発明の一実施形態の突出部の斜視図である。

【図4D】本発明の一実施形態の突出部の断面図である。

【図5A】本発明のパッドコンディショナーまたはセグメントの概略断面図である。

【図5B】本発明のパッドコンディショナーまたはセグメントの概略断面図である。

【図6A】本発明のセグメントの部分平面図である。

【図6B】本発明のセグメントの部分平面図である。

【図6C】本発明のセグメントの部分平面図である。

【図6D】本発明のセグメントの部分平面図である。

【図6E】本発明のセグメントの部分平面図である。

【図6F】本発明のセグメントの部分平面図である。

【図7A】本発明の実施形態のセグメントを有するパッドコンディショナーの斜視図である。

【図7B】本発明の実施形態のセグメントを有するパッドコンディショナーの斜視図である。

【図7C】本発明の実施形態のセグメントを有するパッドコンディショナーの斜視図である。

【図7D】図７Ｂのバッキングプレートに取り付けられた部分の拡大画像である。

【図7E】本発明の一実施形態の溝線または溝を有する部分の平面図である。

【図7F】図７Ｅの溝線または溝の一部の拡大斜視図である。

【図8A】本発明の実施形態の単調に増加する突出部高さを有するパッドコンディショナーまたは部分の縁部領域の部分断面図である。

【図8B】本発明の実施形態の単調に増加する突出部高さを有するパッドコンディショナーまたは部分の縁部領域の部分断面図である。

【図8C】本発明の実施形態の単調に増加する突出部高さを有するパッドコンディショナーまたは部分の縁部領域の部分断面図である。

【図9】本発明の一実施形態の異なる基本寸法の分散された突出部を有する部分の部分図である。

【図10】本発明の一実施形態の異なる基本寸法の突出部を有するコンディショニングヘッドの拡大画像である。

【図11A】本発明の一実施形態の、異なる高さの突出部が分散されたパッドコンディショナーの拡大部分斜視図である。

【図11B】本発明の一実施形態の、異なる高さの突出部が分散されたパッドコンディショナーの拡大断面図である。

【図11C】本発明の一実施形態の、メサを有する突出部の拡大断面図である。

【図11D】本発明の一実施形態の、一連の突出部を横断する面における拡大断面図である。

【図12】本発明の一実施形態のメサの境界である。

【図13A】本発明の実施形態のパッドコンディショナーのレーザ共焦点顕微鏡画像である。

【図13B】本発明の実施形態のパッドコンディショナーのレーザ共焦点顕微鏡画像である。

【図13C】本発明の一実施形態のパッドコンディショナーの一連のピークおよび陥凹の輪郭の拡大図である。

【図14A】本発明の一実施形態の、異なる高さの分散された突出部を有するパッドコンディショナーのレーザ共焦点顕微鏡画像である。

【図14B】本発明の一実施形態の、異なる高さの分散された突出部を有するパッドコンディショナーのレーザ共焦点顕微鏡画像である。

【図14C】本発明の一実施形態の、異なる高さの分散された突出部を有するパッドコンディショナーの一連のピークおよび陥凹の輪郭の拡大図である。

【図15】本発明の一実施形態の大きい突出部および小さい突出部の二峰性分布のグラフである。

【図16】本発明の一実施形態のために提示された突出部のマトリクスの一部の地形的表現である。

【図16A】本発明の一実施形態の、突出高さを有する突出部の斜視図である。

【図17】本発明の一実施形態の、多結晶ＣＶＤダイヤモンドのコーティングを有するパッドコンディショナーの一部の拡大断面図である。

【図18A】本発明の一実施形態の、約２００μｍの基本寸法を有するコーティングされていない突出部の拡大画像である。

【図18B】本発明の一実施形態の、約６５μｍの基本寸法を有するダイヤモンドでコーティングされた突出部の拡大画像である。

【図19A】本発明の実施形態のパッド切削速度およびパッド表面仕上げのグラフである。

【図19B】本発明の実施形態のパッド切削速度およびパッド表面仕上げのグラフである。

【図20】本発明のパッド切削速度を、市販のパッドコンディショナーと比較するグラフである。

【図21】本発明の一実施形態のウエハ除去速度およびパッド表面仕上げを、市販のパッドコンディショナーと比較するグラフである。

【図22】本発明の一実施形態のパッド表面仕上げおよびパッド切削速度を、市販のパッド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】

【0024】

ここで、図１を参照すると、化学機械平坦化（ＣＭＰ）プロセスにおけるパッドコンディショナー３２を備えたウエハ研磨装置３０が、本発明の一実施形態において示される。示されるウエハ研磨装置３０は、ＣＭＰパッド３８（ポリマーパッドなど）が取り付けられた上側面３６を有する回転テーブル３４を含む。ウエハ基板４４が取り付けられたウエハヘッド４２は、ウエハ基板４４がＣＭＰパッド３８と接触するように配置される。一実施形態において、スラリー供給デバイス４６が、研磨スラリー４８をＣＭＰパッド３８に提供する。

【0025】

動作中、回転テーブル３４は、ＣＭＰパッド３８が、ウエハヘッド４２、パッドコンディショナー３２およびスラリー供給デバイス４６の下で回転されるように回転される。ウエハヘッド４２は、下向きの力ＦによってＣＭＰパッド３８と接触する。ウエハヘッド４２はまた、それに取り付けられたウエハ基板４４の研磨を補強するために線形の往復動作で回転および／または振動され得る。パッドコンディショナー３２も、ＣＭＰパッド３８と接触し、ＣＭＰパッド３８の表面にわたって往復移動される。パッドコンディショナー３２はまた、回転され得る。

【0026】

機能的に、ＣＭＰパッド３８は、ウエハ基板４４に研磨仕上げを与えるために制御された方法でウエハ基板４４から材料を除去する。パッドコンディショナー３２の機能は、ＣＭＰプロセスからのデブリが増加する研磨動作からのデブリを除去し、ＣＭＰパッド３８の細孔を開け、それによって、ＣＭＰプロセスにおける除去速度を維持することである。

【0027】

図２Ａ〜２Ｃ（まとめて図２と呼ばれる）を参照すると、パッドコンディショナー５２ａ、５２ｂおよび５２ｃが、本発明の実施形態において示される（まとめてパッドコンディショナー５２と呼ばれる）。パッドコンディショナー５２は、背面５６および背面と反対側の前面５８を有する基板５４を含み得る。基板５４の前面５８は、第１の組の突出部６２および第２の組の突出部６４を含み得る。第１の組の突出部６２は、基板５４上に一体成形され、基板５４の背面５６から第１の組の突出部６２の遠位面６６まで測定され得る、面Ｐ１を中心とする第１の平均高さを有する。第２の組の突出部６４も、基板５４上に一体成形され、基板の背面５６から第２の組の突出部６４の遠位面６８まで測定した際の、面Ｐ２を中心とする第２の平均高さを有し得る。図２の示される実施形態において、第１の組の突出部６２および第２の組の突出部６４は、異なる平均高さを有するものとして互いに区別され得る。

【0028】

第１の組の突出部６２および第２の組の突出部６４は、基板に結合される研磨粒子とではなく、基板５４と一体である。本発明のある形態において、第１の組の突出部６２の１つ以上の突出部の遠位面６６は、不規則な表面または粗面を有することができ、第２の組の突出部６４の各突出部の遠位面６８は、不規則な表面または粗面を有することができる。第１の組の突出部６２および第２の組の突出部６４は、例えば、多結晶ダイヤモンドのコーティングで、少なくともそれらの上面がコーティングされ得る。

【0029】

一実施形態において、突出部の遠位面６６および６８における粗さまたは不規則な表面は、炭化ケイ素に転化された多孔質黒鉛基板による粗さに少なくとも部分的に起因し得る。本発明の他の形態において、第１の組の突出部の１つ以上の突出部の上部は、平面を有することができ、第２の組の突出部の各突出部の上部は、平面を有することができる。

【0030】

第１の組の突出部６２の平均高さは、第１の面Ｐ１を画定することができ、第２の組の突出部６４の平均高さは、第２の面Ｐ２を画定することができる。一実施形態において、第１の面Ｐ１および第２の面Ｐ２は、互いにほぼ平行である。限定はされないが、例えば、平均高さを有する第３の組の突出部（図示せず）、平均高さを有する第４の組の突出部などのさらなる組の突出部も、基板またはセグメント５４の表面上に形成され得る。基板５４の背面５６は、コンディショニング装置に結合または連結され得る。

【0031】

特定の実施形態において、第１の組の突出部６２は、第２の突出部６４の平均高さより高い平均高さを有する。すなわち、面Ｐ１は、Ｐ２より基板５４の背面５６から離れている。様々な実施形態において、パッドコンディショナーの基板またはセグメント５４は、セラミック材料である。パッドコンディショナーのある形態において、セラミック材料は、炭化ケイ素を含む。セラミック材料は、例えば、ベータ炭化ケイ素またはベータ炭化ケイ素を含むセラミック材料であり得、これは、別個の炭素相または過剰の炭素を含み得る。

【0032】

一実施形態において、ニアネットシェイプ多孔質黒鉛前駆体からパッドコンディショナーを作製する方法が実施される。黒鉛ブロックが、加工されて、パッドコンディショナー５２基板またはセグメント５４のニアネットシェイプになり得る。本明細書において、「ニアネットシェイプ」は、最終的な形状および公差を得るために最小限の後処理加工を含む構成要素を示すのに使用される。一例において、多孔質黒鉛基板が、いくつかの形成プロセスのうちの１つを用いて、突出部およびチャネルなどの他の特徴を形成するようにテクスチャ加工される。次に、テクスチャ加工された黒鉛基板は、ニアネットシェイプ炭化ケイ素材料基板へと転化され得る。ニアネットシェイプ化炭化ケイ素は、ベータ炭化ケイ素であり得る。炭化ケイ素の加工は、炭化ケイ素の硬度のために困難で時間のかかるプロセスであるため、ニアネットシェイプ化多孔質黒鉛前駆体をニアネットシェイプ化炭化ケイ素パッドコンディショナー５２へと転化することによるパッドコンディショナー５２の形成は、炭化ケイ素を直接テクスチャ加工するのを上回るコスト優位性を提供することができる。

【0033】

図２Ａ〜２Ｃは、本発明の実施形態のパッドコンディショナー５２の非限定的な例を断面で示す。これらの例では、パッドコンディショナー基板５４は、回転軸を有し、背面５６は、基板５４の前面５８の第１の組の突出部６２および第２の組の突出部６４の平均高さによって画定される１つ以上の面に平行である。パッドコンディショナーの２つの面Ｐ１およびＰ２は、２つの切削面を効果的に画定する。ある形態において、基板は、３つ以上の切削面を含んでいてもよい。

【0034】

突出部は、基板（図２Ａまたは図２Ｃ）の前面に形成され得、または突出部は、第１の基板（図２Ｂ）に結合される第２の基板７２に形成されてもよく、または突出部は、別個のセグメントである１つ以上の基板上に形成され得、このセグメントは、バッキングプレート（図７および付随する説明を参照されたい）に結合される。パッドコンディショナー５２の構成に応じて、突出部を有する基板または第１の基板は、コンディショニング装置の回転および／または移動装置（図示せず）に連結される。基板は、様々な形状を有することができ、ディスクの形状に限定されない。基板は、面内で回転するための回転軸を有し得る。

【0035】

図３Ａ〜３Ｄ（まとめて図３と呼ばれる）を参照すると、縁部領域８２および中心領域８４を有するパッドコンディショナー８０が、本発明の実施形態において示される。図３Ａにおいて、縁部領域８２は、中心領域８４の突出部８８の少なくともいくつかより低い高さの、面Ｐ２を中心とした平均高さを有する複数の突出部８６（図３Ａ）または単一の突出部８７（図３Ｃ）を含む。突出部８６および８８は、基板またはセグメントにわたる領域またはフィールド（ｆｉｅｌｄ）で形成される。示される実施形態において、突出部８６および／または８８は、一連の個々の台座（ｐｅｄｅｓｔａｌ）であり得、または中心領域８４を囲む連続した環状リングを形成し得る。

【0036】

図３Ｄの実施形態において、単一の縁部フィールド突出部９２が、台座突出部９６のフィールドに隣接する大きい台（ｐｌａｔｆｏｒｍ）９４を含む。図３Ｄの画像において、台座突出部９６は、基本寸法が約６５μｍ、高さが約６５μｍであり、平方ミリメートル当たり約３つの突出部の密度を有する。大きい台９４は、約４０μｍの平均高さとともに、約４００μｍの幅（図３Ｃにおける基準点（ｂ）から基準点（ｃ）までの距離）を有する。

【0037】

図３Ｂに関して、コンディショニング基板またはセグメント８０の縁部１０２が、より低い高さの円錐形の切削特徴部１０４を有する一方、基板またはセグメントの内側フィールドは、より高い高さの切頂四角錘突出部１０６（不規則な上面が図示されていない）を有する。

【0038】

突出部は、四角形、「Ｕ」形状、または「Ｖ」形状などであるがこれらに限定されない様々な断面のチャネルの形状であり得る陥凹によって隔てられる。ある実施形態において、陥凹したチャネルの側部および底部領域は、底部または谷の先端１０８で狭まる丸みを帯びた形状を有し、強度を増加させるためのより広くかつより厚い基本寸法を突出部に与える。図３Ｃにおいて、例えば、縁部領域８２の突出部８７は、基板基部と中心領域の面Ｐ１との間に位置するものとして面Ｐ２を画定する、基板表面上の環状リングを形成し得る。

【0039】

図４Ａ〜４Ｄを参照すると、先行技術（図４Ａおよび４Ｂ）の突出部１１０が、本発明の一実施形態（図４Ｃおよび４Ｄ）の突出部１１２と比較される。図４Ａの突出部は、平面１１４を含み、その断面が、図４Ｂに示される。これに対し、図４Ｃの突出部１１２は、不規則なまたはテクスチャ加工された上面１１６を含み、断面が、図４Ｄに示される。

【0040】

図５Ａおよび５Ｂ（まとめて図５と呼ばれる）を参照すると、第１の平均高さの突出部１２２および第２の平均高さの突出部１２４をそれぞれ有するパッドコンディショナー１２０ａおよび１２０ｂが、本発明の一実施形態の基板またはセグメント１３２の縁部領域１２６および／または中心領域またはフィールド領域１２８にわたってあるパターンで形成される。突出部１２２、１２４は、ＣＭＰパッド上に切削領域を提供する様々な形状を有し得る。ある実施形態において、突出部１２２、１２４は、ピラミッド形、円錐、矩形、円筒形、ならびに平坦部を有するそれらの切頂形態（例えば、切頂円錐）などであるがこれらに限定されない幾何学的形状を有する。突出部１２２、１２４の遠位面は、四角形の縁部、丸みを帯びた縁部、または半径で破断された縁部を有し得る。例えば、図５は、基板１３２の中心領域１２８におけるより高いピラミッド形または円錐形状の突出部（突出部１２２）、およびより高い突出部１２２の中で分散された、基板の外側または環状縁部領域１２６におけるより小さいピラミッド形または円錐形状の突出部（突出部１２４）の繰り返し可能なパターンを有するものとして基板１３２を示す。図５Ａに示されるより高い突出部１２２により、パッドコンディショナー１２０がＣＭＰ研磨パッドに強力に入り込むことができる一方、より小さい突出部１２４は、凝集といった欠陥をもたらし得る大きい穿孔を伴う過度のコンディショニングを防ぐ。図５Ｂは、より高いフィールド突出部１２２および縁部領域１２６の突出部におけるより小さいリード（ｌｅａｄ）を示す。フィールドにおける均一な特徴部は、研磨パッドにより平滑なテクスチャを与え（図１の項目３８）、これは、銅ＣＭＰなどの金属加工に有利である。

【0041】

特定の実施形態において、基板、セグメントまたは第２の基板は、２つ以上の異なる平均高さを有する突出部を有するであろう。突出部の高さは、基板またはセグメントの背面から、またはいくつかの任意の基準面から測定され得る。同じ平均高さの突出部は、パッドコンディショナーの切削面または切削領域を画定するのに使用され得る。パッドコンディショナーは、２つ以上の切削面を有し得る。例えば、再度図３Ａを参照すると、異なる平均高さを有する２組の突出部が示され、突出部のそれぞれが、テクスチャ加工されたまたは不規則な上面を有する。同じ平均高さＰ１を有するそれらの突出部は、第１の面内にある上面を有し、これらの突出部は、上面が第２の面内にある平均高さＰ２を有する突出部より高い。本発明のある形態において、第１の面は、第２または第３の面に平行である。

【0042】

上面の突出部高さおよび／または最も大きい面（ａｓｐｅｃｔ）、場合によっては上面の幅または直径は、１０μｍ〜約２００μｍ、ある実施形態において１０〜１００μｍの範囲であり得る。突出部が尖った先端のような特徴部である場合、突出部は、突出部の半分の高さにおける最も大きい面によって特徴付けられ得る。基準面は、基板の背面であり得、または基板の背面が非平面（例えば、凹状または凸状、またはその他）である場合、３つ以上の突出部の上面に平行な外部基準面が使用され得る。例えば、再度図５Ｂを参照すると、突出部の組を特徴付けるための基準面の使用に応じて、最も高い突出部が、平均高さＨ１ａまたはＨ１ｂ（それぞれ、基板の外部基準面または背面）によって特徴付けられ得、基板の縁部領域の近くのより小さい突出部は、平均高さＨ２ａまたはＨ２ｂ（それぞれ、基板の外部基準面または背面）によって特徴付けられ得、突出部の組の間の表面チャネルおよび間隙は、平均高さＨ３ａまたはＨ３ｂ（それぞれ、基板の外部基準面または背面）によって特徴付けられ得る。

【0043】

図６Ａ〜６Ｆ（まとめて図６と呼ばれる）を参照すると、異なる「突出部密度」を有する構成の様々な非限定的な例が、本発明の実施形態において示される。「突出部密度」は、平方単位の面積当たりの突出部の数として本明細書において定義される。突出部密度の非限定的な例は、平方ミリメートル当たり０．１個の突出部（すなわち、１０ｍｍ^２の面積当たり１つの突出部）から平方ミリメートル当たり５０個の突出部の範囲であり得る。一般に、より低い密度の突出部を用いて、単位面積当たりのＣＭＰパッドにより強い力を加え、より高い密度の突出部より強力にパッドを切削することができる。尖った上面を有する突出部も、ＣＭＰパッドに単位当たりの接触面積により強い力を加え、平坦な、丸みを帯びた、または丸みのある（ｒａｄｉｕｓ）上面を有する突出部よりも強力にＣＭＰパッドを切削する傾向がある。

【0044】

本明細書において、「中心に位置する突出部」は、基板（またはセグメント）の中心点または質量中心に近接する基板またはセグメントのフィールド領域または区域に位置する突出部のサブセットを指し、この突出部のサブセットは、基板の１つ以上の縁部に向かって延在する。「周辺に位置する突出部」は、基板の前縁またはリムから始まり、内向きに延在する、基板またはセグメントの縁部領域に位置する突出部を指す。本発明のある実施形態において、周辺に位置する突出部の面積は、基板の面積の０．５％〜７５％であり得、他の形態において、周辺に位置する突出部の面積は、基板の面積の１０％〜３５％であり得る。

【0045】

再度図６を参照すると、突出部のサイズ（基本寸法）、突出部の密度、および上記の記載に示されるセグメント当たりの得られる突出部は以下のとおりである：８５μｍの基本寸法、平方ミリメートル当たり５つの突出部の密度、およびセグメント当たり１４６０個の突出部を有する突出部（図６Ａ）；１２５μｍの基本寸法、平方ミリメートル当たり１つの突出部、およびセグメント当たり２９０個の突出部を有する突出部（図６Ｂ）；１２５μｍおよび８５μｍの基本寸法、平方ミリメートル当たり３つの突出部、セグメント当たり４９５個の１２５μｍの基本寸法の突出部および３７５個の８５μｍの基本寸法の突出部を有する分散された突出部（図６Ｃ）；縁部にリードのある６５μｍの基本寸法の突出部、縁部にリードのない平方ミリメートル当たり３つの突出部、およびセグメント当たり８８０個の突出部（図６Ｄ）；１２５μｍの基本寸法の突出部、平方ミリメートル当たり５つの突出部、およびセグメント当たり１４６０個の突出部（図６Ｅ）；および２００μｍの基本寸法の突出部、平方ミリメートル当たり２つの突出部、およびセグメント当たり５８５個の突出部（図６Ｆ）。

【0046】

図７Ａ〜７Ｄを参照すると、パッドコンディショナーアセンブリ１５０ａ、１５０ｂおよび１５０ｃが、本発明の実施形態において示される。パッドアセンブリ１５０ａ、１５０ｂおよび１５０ｃ（まとめてパッドアセンブリ１５０と呼ばれる）はそれぞれ、下にある基板またはバッキングプレート１５４に固定されるコンディショニングセグメント１５２ａ、１５２ｂおよび１５２ｃ（まとめてコンディショニングセグメント１５２と呼ばれる）を含む。コンディショニングセグメント１５２は、上記の様々な実施形態（例えば、図２、３および５）について説明されるように、２つ以上の異なる平均高さの突出部を有し得る。一実施形態において、セグメントは、エポキシなどの接着剤を用いて、バッキングプレート１５４に結合される。

【0047】

図７Ｂ、７Ｄおよび７Ｅに最もよく示されているように、各コンディショニングセグメント１５２は、異なる突出部特性を有するかまたは突出部を全く有さない中心またはフィールド領域１５６および１つ以上の縁部領域１５８を含み得る。一実施形態において、セグメントの少なくともいくつかの縁部領域１５８は、中心領域１５６の突出部より低い高さを有する突出部を含み（例えば、図５）、縁部領域１５８の突出部に対して減少した力およびせん断を与えることができる。

【0048】

図７Ｅおよび７Ｆを参照すると、セグメント１５２ｅが、縁部領域１５８ｅおよび中心またはフィールド領域１５６ｅを含み、フィールド領域１５６ｅは、溝線または溝１６２を含み、ここで、突出部は、かなり減少された高さを有するか、あるいは、突出部を全く有さない。溝線または溝１６２は、より高い切頂四角錘突出部１６６の中で切頂四角錘突出部１６４の集団として図７Ｆに示される。溝１６２間の領域は、異なる特性を有することもでき；すなわち、第１の対の溝１６２ａ間のゾーンは、異なるパターン、突出部の高さ、突出部の密度および／または特徴部の粗さなどの、第２の対の溝１６２ｂ間のゾーンとは異なる特性を有し得る。

【0049】

機能的に、縁部領域１５８における特徴部のより低い高さは、研削（ｄｒｅｓｓｉｎｇ）プロセス中のデブリの除去に役立ち得る。基板基部と中心領域の面Ｐ１との間にあるものとして面Ｐ２を画定する台座突出部または環状突出部（例えば、図３Ｃおよび５Ｂ）を有することは、コンディショニングセグメント１５２の縁部領域１５８に位置する特徴部に対する応力を軽減する働きを果たす。コンディショニングセグメント１５２ｅの溝または溝線１６２などのより小さいおよび／またはより短い突出部の領域は、パッドのデブリおよびスラリーの解放または除去も提供することができる。

【0050】

１つ以上のコンディショニングセグメント１５２はそれぞれ、同じ、均一な突出部プロファイルを有し得るか、または１つ以上のコンディショニングセグメント１５２は、各コンディショニングセグメント１５２中の突出部の２つ以上の群の同じ組合せを有し得る。コンディショニングセグメント１５２はそれぞれ、所与のセグメント上に均一な突出部プロファイルも有し得るが、突出部プロファイルはセグメント間で異なる。別の実施形態において、コンディショニングセグメント１５２は、様々な突出部プロファイルの異なる組合せを有し得る。非限定的な例は、図７Ｂ中の「Ａ」と表示された位置におけるコンディショニングセグメント１５２ｂの縁部領域１５８およびフィールド領域１５６として、図５Ａの縁部領域１２８およびフィールド領域１２６を有し、図７Ｂ中の「Ｂ」と表示された位置におけるコンディショニングセグメント１５２ｂの縁部領域１５８およびフィールド領域１５６として、図５Ｂのセグメント縁部領域１２８およびフィールド領域１２６を有することである。

【0051】

本明細書に示される様々なパッドコンディショナー、パッドコンディショナーアセンブリおよびコンディショニングセグメントは、そのサイズまたは面積が限定されないが、例えば、標準的な１０１．６ｍｍ（４インチ）の直径のディスク形状で作製され得る。アセンブリのある実施形態において、バッキングプレート１５４が、コンディショニング装置に結合される。バッキングプレート１５４は、通常、直径が約５０．８ｍｍ（２インチ）〜１０１．６ｍｍ（４インチ）の範囲のディスクの形態であるが；他の形状およびサイズが、パッドコンディショナーまたはコンディショニングセグメント用のバッキングプレート１５４として使用されてもよい。バッキングプレート１５４の厚さは、約１．２７ｍｍ（０．０５インチ）〜約１２．７ｍｍ（０．５インチ）の範囲、任意に１．２７ｍｍ（０．０５インチ）〜３．８１ｍｍ（０．１５インチ）の範囲であり得る。

【0052】

図８Ａ〜８Ｃ（まとめて図８と呼ばれる）を参照すると、パッドコンディショナーまたはセグメント１７０ａ、１７０ｂおよび１７０ｃ（まとめてパッドコンディショナー１７０と呼ばれる）が、本発明の実施形態において示される。パッドコンディショナー１７０は、縁部領域１７２にわたって中心領域１７４に向かって高さが単調に増加する突出部を備えた縁部領域１７２を有する。例えば、図８Ａは、パッドコンディショナー１７０ａの一部を示し、ここで、基板の縁部１７６に近接する高さＨ４の２つ以上の突出部または突出部の列が、より低い高さを有し、突出部高さは、高さＨ３およびＨ２によって示されるように、中心領域１７４に向かって単調に増加し、最終的な最も高い高さＨ１は、中心領域１７４における高さである。図８Ｂにおいて、パッドコンディショナー１７０ｂの縁部領域１７２は、基板の縁部１７６に近接するＨ５から、パッドコンディショナー１７０ｂの中間部に向かって高さＨ４、Ｈ３およびＨ２へ、中心領域１７４における最終的な高さＨ１へと高さが単調に増加する突出部高さを有する。図８Ｃにおいて、パッドコンディショナー１７０ｃは、パッドコンディショナー１７０ｃの縁部１７６に近接するＨ５の高さから、基板の中心領域１７４に向かってＨ４、Ｈ３およびＨ２の高さへ、高さＨ１へと単調に増加する突出部高さを有するものとして示される。図８Ｃの中心領域１７４における突出部は、Ｈ１およびＨ５などであるがこれらに限定されない、異なる高さを有するものとして示される。図８の示される実施形態は、より多いかまたはより少ない数の、縁部領域１７２にわたる突出部または突出部の列、および／または縁部領域１７２にわたる突出部のタイプおよび形状の異なる組合せを含み得る。

【0053】

ある実施形態において、第１の組の台座突出部の平均高さは、第１の組の突出部の３つ以上の列の一部にわたる第１の環状ゾーンの周りで一定または実質的に一定であり、第２の組の突出部の平均高さは、第２の組の突出部の３つ以上の列の一部にわたる第２の環状ゾーンの周りで一定または実質的に一定であり、第１の組の突出部の平均高さは、基板の環状領域において、またはパッドコンディショナーの回転軸に垂直な半径方向軸に沿って、第２の組の突出部の平均高さへと変化する。

【0054】

機能的に、縁部領域１７２における突出部の単調に増加する高さにより、ＣＭＰパッド３８中へのパッドコンディショナー１７０（すなわち、図１のパッドコンディショナー３２）の侵入を緩和することができる。パッドコンディショナー１７０の外縁１７６から中心に向かって単調に増加する高さの台座突出部または環状突出部を有することで、パッドコンディショナー１７０が、ＣＭＰパッド３８の切削に移行することができ、パッドコンディショナー１７０の縁部領域１７２に位置する特徴部に対する応力を軽減することができる。

【0055】

特定の実施形態において、様々な基板および突出部の表面は、少なくとも、修復プロセス中にＣＭＰパッド３８（図１）と接触するパッドコンディショナー３２の部分において、不規則であるか、またはランダムにテクスチャ加工された表面、不均一な表面および／または粗面を有する。これらの表面特性は、多孔質ニアネットシェイプ化黒鉛基板を炭化ケイ素へと転化することから得られる。場合によっては、基板表面の不規則なテクスチャは、出発黒鉛基板の気孔率と、ニアネットシェイプ化黒鉛の突出部および他の特徴を作製するのに使用される成形または加工方法との組合せに起因する。他の実施形態において、突出部の遠位面は平坦である。１つ以上の突出部を有し、平面または粗面のいずれかを有する基板材料が、パッドコンディショナーとして使用され得る。

【0056】

本明細書に記載されるパッドコンディショナーの様々な実施形態が、非限定的な例によって、約８．９ニュートン（２重量ポンド（ｌｂｆ））〜４４．５ニュートン（１０重量ポンド（ｌｂｆ））の範囲の付加力Ｆ（図１）で使用され得る。構成に応じて、本発明の様々なパッドコンディショナーは、これらの付加力で、１時間当たり約５μｍ〜約６０μｍのＣＭＰパッドの切削速度、またはある構成では、１時間当たり約２０μｍ〜約４０μｍの範囲の切削速度、またはさらに他の、より強力な構成では、１時間当たり約４０μｍ〜約６０μｍの範囲の切削速度を達成することができる。パッドの切削速度は、例えば、「パッドコンディショナーの標準化機能試験（Ｓｔａｎｄａｒｄｉｚｅｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌ Ｔｅｓｔｓ ｏｆ Ｐａｄ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｅｒｓ）」、ビシャル・コースラ（Ｖｉｓｈａｌ Ｋｈｏｓｌａ）ら、５８９〜５９２頁、第１１回ＵＬＳＩ多層相互接続のための化学機械平坦化に関する国際会議議事録（Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ，Ｅｌｅｖｅｎｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｌａｎａｒｉｚａｔｉｏｎ ｆｏｒ ＵＬＳＩ Ｍｕｌｔｉｌｅｖｅｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）（ＣＭＰ−ＭＩＣ会議（ＣＭＰ−ＭＩＣ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ））、２００６年２月２１〜２３日、カリフォルニア州フレモント（Ｆｒｅｍｏｎｔ ＣＡ）、米国議会図書館番号８９−６４４０９０（その中に含まれる明確な定義を除いて、内容全体が参照により本明細書に援用される）に開示される方法によって測定され得る。

【0057】

図９を参照すると、異なるサイズの交錯されたまたは分散された突出部１９２を有するパッドコンディショナーまたはコンディショニング部分１９０が、本発明の一実施形態において示される。突出部サイズの例は、８５μｍの基本寸法（参照符号１９４によって表される）および１２５μｍの基本寸法（参照符号１９６によって表される）である。１２５μｍのサイズの突出部１９６は、マトリクス状のパターンを画定する（すなわち、反復するマトリクスパターンで均一に分布される）。同様に、８５μｍのサイズの突出部１９４は、マトリクス状であり、かつ１２５μｍのサイズの突出部１９６によって形成されるパターンの中で分散されるパターンを画定する。

【0058】

図１０を参照すると、本発明の一実施形態の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像２００が示され、突出部２０２ａ、２０２ｂおよび２０２ｃは、基板上で様々な基本寸法およびパターンを有する。この実施形態において、より大きい基本寸法を有する突出部２０２ａは、コンディショニングヘッド２０６の中心ゾーン２０４ａを占めるパターンを画定し、中間の基本寸法を有する突出部２０２ｂは、コンディショニングヘッドの中間ゾーン２０４ｂを占め、より小さい基本寸法を有する突出部２０２ｃは、コンディショニングヘッドの外側ゾーン２０４ｃを占める。この特定の実施形態において、基部の寸法が異なる突出部２０２ａ、２０２ｂおよび２０２ｃは、分散も交錯もされない。

【0059】

図１１Ａ〜１１Ｄを参照すると、基板と一体でありかつ正面方向２１６に延在する第１の組の突出部２１２および第２の組の突出部２１４を有する基板２１０が、本発明の一実施形態において示される。この実施形態において、第１の組の突出部２１２は、名目上、１つの平均高さＨ１にあり、第２の組の突出部２１４は、名目上、第２の平均高さＨ２にあり（図１１Ｂ）、平均高さＨ１は、平均高さＨ２より高い。「正面方向」２１６は、基板２１０の前面または「床」２１８にほぼ垂直でありかつ基板２１０の前面または「床」２１８から離れて延在する方向である。名目上、より高い高さを有する第１の組の突出部２１２は、代わりに、「大きい突出部」と本明細書においては称される。名目上、より低い高さを有する第２の組の突出部２１４は、代わりに、「小さい突出部」と称される。

【0060】

第１の組の突出部２１２および第２の組の突出部２１４のそれぞれは、遠位端２１５（図１１Ｂ）を有するものとして特徴付けられ得る。第１の組の突出部２１２は、第１の位置合せ面２２２の第１の変動２２０の範囲内の遠位端２１５を有することができ、第１の位置合せ面２２２は、前面２１８にほぼ平行である。本明細書において、「変動」は、一連の突出部の最も高い遠位端と最も低い遠位端との間の高さの差として定義され、高さは、位置合せ面に垂直であるものとして定義される。一実施形態において、第１の組の突出部２１２は、互いに対して一定かつ所定の関係で第１の位置合せ面２２２に近接して位置する。

【0061】

第２の組の突出部２１４は、第２の位置合せ面２２８の第２の変動２２６の範囲内の遠位端２１５を含むことができ、第２の位置合せ面２２８は、前面２１８にほぼ平行であり、第２の組の突出部２１４は、互いに対して一定かつ所定の関係で第２の位置合せ面２２８に位置する。

【0062】

第１の位置合せ面２２２および第２の位置合せ面２２８は、それぞれ「上側」および「下側」の位置合せ面とも呼ばれ、「上側」は、位置合せ面が基板２１０の床２１８から最も遠いことを意味する。第１の組の突出部２１２が、第２の（「下側の」）位置合せ面２２８を通って延在しており；したがって、第２の位置合せ面２２８上の第１の組の突出部２１２と第２の組の突出部２１４との間にも、一定かつ所定の関係が存在し得ることが留意される。

【0063】

第１の位置合せ面２２２は、第１の変動２２０または第２の変動２２６のいずれかより大きいオフセット距離２３２だけ、正面方向２１６に第２の位置合せ面２２８から名目上オフセットされているものとして特徴付けられ得る。オフセット距離２３２は、変動２２０または２２６のいずれかの倍数または因数より大きいものとして、あるいは固定の寸法または寸法の範囲として特徴付けられ得る。変動２２０、２２６の寸法の典型的および非限定的な範囲は、５μｍ〜５０μｍである。ある実施形態において、変動２２０、２２６は、１０μｍ〜２５μｍの範囲であり得る。変動２２０、２２６は、最小値より大きく、かつ最大値より小さいものとしても特徴付けられ得る。オフセット距離２３２のための変動２２０、２２６の典型的および非限定的な倍数または因数は、１または２より大きい。オフセット距離２３２の典型的および非限定的な値は、１０μｍ〜８０μｍの範囲である。

【0064】

一実施形態において、第１の組の突出部２１２および第２の組の突出部２１４のそれぞれの第１の平均高さＨ１および第２の平均高さＨ２は、平均「山谷」高低差（図１１Ｂに示される）である。突出部の山谷高低差は、遠位端２１５と公称床基準面２３８との間の平均距離として定義される。公称床基準面２３８は、床の２１８の平均レベルを通過する面である。用いられる作製プロセスは、不均一に加工された表面をもたらし得るため、床２１８は、高度な粗さおよびランダム性を有し、これにより、平均レベルを測定するのが困難になり得る。したがって、突出部の平均山谷高低差を特徴付ける一方法は、大きい突出部の最小の平均山谷高低差および小さい突出部の最大の平均山谷高低差を確定することである。このような特徴付けにより、床基準面２３８の位置についての高レベルの不確実性が許容され得る。特徴付けの別の方法は、以下の図１６に関して説明される、各突出部の「突出高さ」を測定することである。

【0065】

所与の突出部の組（例えば、第１の突出部の組２１２または第２の突出部の組２１４）の突出部間の一定かつ所定の関係を特徴付けるための一方法は、「位置合せ軸」２４２を画定することである。「位置合せ軸」２４２は、突出部を正面方向２１６に通過する軸であり、基板２１０上の正確な位置に寄与し得る。作製プロセスに応じて、所与の突出部が、実質的に、それぞれの位置合せ軸２４２を中心としてもまたは中心としなくてもよい。すなわち、例えば、レーザ加工を実施する作製プロセスが、小さい公差の範囲内で位置合せ軸を中心とした突出部を製造することができる。一方、例えば、研磨加工技術を実施する作製プロセスは、特に遠位端に近接する断面において、それぞれの位置合せ軸から実質的にオフセットされた重心を有する断面を有する突出部を製造し得る。

【0066】

後者の場合が図１１Ｄに示され、図１１Ｄは、マトリクス状のグリッド２４６上の位置合せ軸２４２ならびに下側の位置合せ面２１８に近接する第１の組の突出部２１２および第２の組の突出部２１４の仮想断面を示す。位置合せ軸２４２は、突出部を通過する一方、必ずしも突出部内で中心とされるとは限らないことに留意されたい。オフセットは、図１１Ｄの突出部２１２の１つの断面２１２ａに明示され、これは、それぞれの位置合せ軸２４２からオフセットされた断面２１２ａの重心２４３を示す。断面２１２ａはまた、主要寸法２４１（すなわち、断面の最長寸法）を有するものとして特徴付けられ得る。ある実施形態において、重心２４３は、主要寸法２４１の少なくとも５％の距離だけ、位置合せ軸２４２からオフセットされている。

【0067】

一実施形態において、第１の組の突出部２１２および／または第２の組の突出部２１４は、図１１Ｄに示されるように、基板２１０の少なくとも一部にわたって、マトリクス状の配置にある（すなわち、反復するマトリクスパターンで均一に分布される）。他の実施形態において、分布は、固定した関係にある一方、基板２１０の床２１６にわたって寸法間隔が変化し得る（例えば、図１０を参照されたい）。特定の実施形態において、複数の突出部のそれぞれは、上部または「メサ」２４４を有するものとしてさらに特徴付けられ得る。メサ２４４は、それぞれの突出部の上部、または突出部の遠位端２１５を囲む突出部の最上領域、例えば実質的に丸みを帯びたピークにおいて比較的平坦な部分を含み得る。

【0068】

メサ２４４の境界は、遠位端２１５に対して「メサ深さ」２４８（図１１Ｃ）の範囲内にあるものとして確定され得る。メサ深さ２４８は、メサ２４４の粗さ、コーティング厚さの粗さまたは粗さ、または位置合せ面変動の１つなどの特徴パラメータの倍数または倍数の範囲内にあるものとして特徴付けられ得る。メサ深さ２４８の典型的および非限定的な寸法は、約０．３μｍ〜２０μｍである。メサ深さ２４８の別の非限定的な寸法は、突出部上のコーティングのＲＭＳ粗さの約３〜１０倍である。あるいは、メサ２４４は、それぞれの位置合せ面上で、最大または最小寸法を有するものとして、あるいは寸法の範囲内にあるものとして特徴付けられ得る。

【0069】

別の実施形態において、メサ２４４は、それぞれの突出部の高さの一定の割合の範囲内にある突出部の領域として画定される。非限定的な例として、メサ２４４は、遠位端２１５の突出高さの１０％または２５％の範囲内の突出部の領域として画定され得る（以下の添付の図１６で説明される）。また、突出高さの他の上側部分は、例えば、２％〜５０％の範囲のメサ深さ２４８を画定するように用いられ得る。

【0070】

メサ２４４は、矩形、台形、卵形、円形または多角形などの、様々な形状で形成され得る。用いられる加工プロセスに応じて、メサ２４４の角隅部は、丸みを帯びていてもよく、縁部はいくらか不規則であり得る。例えば、研磨加工技術によって形成される三角形の形状は、一般に、角を丸められた先端または角隅部を有し、メサ２４４の境界は、一般に、図１２に示されるように、不規則であろう。

【0071】

図１３Ａおよび１３Ｂを参照すると、それぞれ平面図および斜視図により、基板２５１のレーザ共焦点顕微鏡画像２５０ａおよび２５０ｂが、本発明の一実施形態において示される。画像２５０ａおよび２５０ｂのトポグラフィーは、黒色の最高高さ（突出部２５２）および白色の最低高さを示し、その間は段階的なグレースケールである。黒色領域（ピーク高さ）は、２５０ａおよび２５０ｂの突出部２５２が、マトリクス状のグリッドを画定することを示す。

【0072】

これらの画像は、５／ｍｍ^２の突出部密度で１２５μｍの基本寸法を有する突出部２５２の画像である。２５０ａおよび２５０ｂで画像化された基板の部分は、実質的に均一な高さになるように加工されているが、画像化された特定の基板上の突出部の高さは、約３５μｍ〜約５５μｍの範囲であった（すなわち、２０μｍの変動を有する４５μｍの平均ピーク高さ）。

【0073】

図１３Ｃを参照すると、本発明の一実施形態の前面２５８の部分からの一連の突出部２５６の輪郭２５４が示される。輪郭２５４、ならびにレーザ共焦点顕微鏡画像２５０ａおよび２５０ｂは、突出部２５６を含む、前面２５８の不均一なまたは粗い微細表面を示す。前面２５８のピークおよび陥凹の両方の高さの大きい変動は、基板の多孔性の性質に起因し得る。

【0074】

図１４Ａ〜１４Ｃ（まとめて図１４と呼ばれる）を参照すると、それぞれ、分散された大きい突出部２６４および小さい突出部２６６を有するパッドコンディショナー２６２の一部のレーザ共焦点顕微鏡画像２６０ａおよび２６０ｂが、本発明の一実施形態において示される。画像は、不規則な面または粗面化された実施形態を示し、画像に捉えられた大きい突出部２６４は、小さい突出部２６６より高い高さを有する。画像化された大きい突出部２６４が、小さいピーク２６６より高い一方、ある実施形態において、全ての「大きい突出部」が、全ての「小さい突出部」より高いわけではないことが留意される。すなわち、特定の実施形態において、「大きい」および「小さい」突出部の呼称は、それらの高さ寸法によってではなく、互いに対するそれらの位置またはパターンによって確定される。本発明の特定の実施形態のこの態様は、図１５に関して以下に説明される。

【0075】

図１５を参照すると、それぞれ大きい突出部および小さい突出部の高さの変動を有する突出高さの統計的分布の例２７２ａおよび２７２ｂを示すグラフ２７０が、本発明の一実施形態において示される。各統計的分布２７２ａおよび２７２ｂは、それぞれ、２つの別個の突出部集団２７４ａおよび２７４ｂを表すと考えられ得る。この非限定的な例において、大きい突出部２７２ａの統計的分布は、約５０μｍの中心または平均突出高さ２７６ａを有する一方、小さい突出部２７２ｂの統計的分布は、約３５μｍの中心または平均高さ２７６ｂを有する。これらの特定の分布の標準偏差は、約５μｍのオーダーである。標準偏差の例および非限定的な範囲は、１μｍ〜２０μｍのオーダーである。

【0076】

また、突出部集団２７４ａおよび２７４ｂの両方を組み合わせて標準化した、「組み合わされた」標準化された分布２８２が、図１５に示される。組み合わされた、標準化された分布２８２は、二峰性分布として特徴付けられ得、約４０μｍの第１の極大および５０μｍよりわずかに小さい第２の極大を有する。組み合わされた、標準化された分布２８２のピークの間の分布および離隔距離は、一般に、個々の突出部集団２７４ａおよび２７４ｂの間の離隔が増加するにつれて大きくなるであろう。離隔が十分に小さい場合、組み合わされた分布は、１つのみのピークを有する単峰性分布に統合され得る（図示せず）。

【0077】

２つの統計的分布２７２および２７４が重複することに留意されたい。物理的に、これは、少なくとも示される例について、いわゆる「大きい」突出部集団２７４ａの特定の構成要素より高い突出高さを実際に有するいわゆる「小さい」突出部集団２７４ｂの構成要素が存在することを意味する。所与の突出部が属する集団（２７４ａまたは２７４ｂ）を、突出高さのみによって決定することができないこのような場合；所与の集団の構成要素を確定するために、異なる測定基準が必要とされる。

【0078】

集団を特定するための一方法は、位置合せ軸（例えば、図１１Ａの位置合せ軸２４２）の所定の位置によるものである。特定の実施形態において、大きい突出部集団２７４ａのあらゆる構成要素および小さい突出部集団２７４ｂのあらゆる構成要素のｘ−ｙ位置が知られている。したがって、所定の位置に基づいて突出部を分類することができる。

【0079】

集団を特定するための別の方法は、基本寸法によるものである。特定の加工プロセスが、様々な寸法の高さおよびメサを生成する傾向がある一方、様々な加工プロセスは、実質的に一定の基本寸法の集団を生成する傾向がある。本明細書において、「基本寸法」は、直径、矩形の辺、あるいはほぼ楕円の形状の長軸または短軸などの、突出部の基部におけるまたは突出部の基部に近接する特徴部の寸法として定義される。例えば、基本寸法は、基板の床２１８から、または最低包囲輪郭線３０６（以下の図１６および付随する説明を参照されたい）から突出部までの短い距離で測定され得る。これらの基準点からの距離は、一定の長さ（例えば、５〜２０μｍ）または突出部の高さにおける一定の割合（例えば、５〜２０％）であり得る。一実施形態において、突出部の高さは、実質的に類似している一方、基本寸法は、２つ以上の別個の集団を画定する。したがって、様々な集団が、基本寸法に応じて分類され得る。

【0080】

上記の例示および説明が、一般に、２つの別個の突出部集団を有するパッドコンディショナーに関するが、本発明は、そのように限定されない。すなわち、独自の中心突出高さの３組以上の突出部が用いられ得ると考えられる。このようなパッドコンディショナーは、大きい突出部、小さい突出部および少なくとも１つの中間の突出部の組を有するものとして特徴付けられ得、個々の集団の中心の離隔間の離隔が十分に大きい場合、本明細書に示される二峰性分布より多くの極大を有する「多峰性」分布（例えば、「三峰性」）を生成し得る。

【0081】

図１６および１６Ａを参照すると、突出部のマトリクスの一部の地形的表現２９０が、本発明の一実施形態について示される。地形的表現は、位置合せ軸２９４をそれぞれが有する４つの突出部２９２ａ、２９２ｂ、２９２ｃおよび２９２ｄ（まとめて突出部２９２と呼ばれる）を示す。基板の「床」２９６は、非常に深い局部的な陥凹２９８を有し得る。例えば、図１３Ｃ中に表示される「ピーク」および「陥凹」は、床基準面２３８（図１１Ｂ）が位置する場所に応じて、正面方向に類似の寸法を有するものと解釈され得る。このような極端でランダムな局部的な陥凹は、床基準面２３８の平均または中央の位置を配置する際に大きい変動を生じ得る。

【0082】

陥凹２９８は、加工方法によるアーチファクトであり得る。すなわち、研磨加工技術は、例えば、レーザ加工技術より不均一な前面を生成する傾向があり得る。陥凹２９８はまた、基板材料のアーチファクトであり得る。特定の基板材料は、多孔質であり得、いくつかのこのような材料は、他のものより大きく広い範囲の細孔径を有する。ある実施形態において、細孔径は、２０μｍ以上である。加工技術にかかわらず、材料の気孔率および／または細孔径が大きくなるほど、陥凹が大きくなる。

【0083】

床２９６のトポグラフィーの大きい変動を有する基板に対応するために、「突出高さ」の測定基準が、突出部の高さを確定するために定義される。本明細書において使用される際の「突出高さ」３００は、突出部３０４の遠位端３０２（最高の高さ点）と、突出部のそれぞれの位置合せ軸２９４のみを囲み、他の位置合せ軸を囲まない最低包囲輪郭線３０６（図１６Ａ）との間の距離として定義される。図１６の突出部の最低輪郭線３０６が、図１６により強い線強さで示される。

【0084】

一実施形態において、小さい突出部の平均突出高さは、大きい突出部の平均突出高さの特定の割合の一定の変動または標準偏差の範囲内であるものとして表され得る。非限定的な例として、小さい突出部は、５％の標準偏差の範囲内で、大きい突出部の平均突出高さの４０％の平均突出高さを有することができ、ここで、全ての割合は、大きい突出部の平均突出高さに対して言及される。小さい（または中間の）突出部の平均高さの非限定的な範囲は、大きい突出部の平均突出高さの約２０％〜約８０％である。付随する標準偏差の非限定的な範囲は、１％未満〜約２０％である。

【0085】

上に記載される平均高さおよび平均「山谷」高低差は、上の段落中の突出高さ範囲の代わりに置き換えられ得ることが留意される。
一般に、様々な位置合せ軸３０８のための最低包囲輪郭線３０６の高度は、床２９６の全体的な粗さより厳しい公差の範囲内である。したがって、最低包囲輪郭線３０６の使用により、突出部高さが測定される元になるベースラインを確定するのに伴う不正確性が減少され得る。

【0086】

図１７を参照すると、多結晶ＣＶＤダイヤモンド層３２２で被覆された突出部３２０が、本発明の一実施形態において示される。パッドコンディショナーの様々な実施形態は、ＣＭＰパッドコンディショナーおよびベータ炭化ケイ素基板材料に幾何学的形状の突出部を形成するための方法を含む。突出部は、コンディショナーを含む他の入手可能なダイヤモンド結晶と同じサイズ範囲であり得る。しかしながら、ある実施形態において、突出特徴部は、特定のＣＭＰパッドコンディショニング用途に合わせて調整された所定の様々なサイズおよび高さを有する。一実施形態において、多結晶ＣＶＤダイヤモンドなどのコーティング層が、これらの突出部のいくつかの少なくとも上側表面上に堆積される。

【0087】

基板突出部をコーティングする多結晶ＣＶＤダイヤモンド層のファセットは、コンディショニングされるＣＭＰパッドに細孔を開け、凹凸を形成するための切削動作を提供する。基板上の突出部は、多結晶ダイヤモンドコーティングを堆積するための表面を提供し、また、コンディショナーおよびパッド境界面に力の集中を生じさせる。

【0088】

ニアネットシェイプ化黒鉛基板が、炭化ケイ素基板へと転化される実施形態では、基板の細孔構造は、場合によっては、突出部の上に多結晶ダイヤモンドコーティングの成長のために有用な不規則な表面または粗面も提供し得る。したがって、ニアネットシェイプ化黒鉛基板前駆体の利点は、高い多孔度であり得、これにより、表面におけるより高い変動性および粗さならびに堆積時の多結晶ＣＶＤダイヤモンドフィルムのより高い粗度、特に突出部の上面の粗さが達成され得る。

【0089】

突出部の平均高さは、狭い範囲内で変化してもよく、これは、多結晶ダイヤモンドコーティングの微結晶における凹凸ならびに下にある炭化ケイ素の凹凸の差を許容する。一連の突出部の高さは、類似の突出部の複数の高さの平均によって確定することができ、標準偏差を含み得る。突出部は、複数の突出部の上面の表面の平均粗さによってさらに特徴付けられ得る。突出部の上部の表面の粗さは、ダイヤモンド微結晶の表面の凹凸および下にある炭化ケイ素の表面の凹凸に少なくとも部分的に起因し得る。

【0090】

多結晶ＣＶＤダイヤモンド３２２のコーティングの典型的および非限定的な厚さは、２μｍ〜３０μｍであり、サンプリング長さ（ｓａｍｐｌｉｎｇ ｌｅｎｇｔｈ）が考慮されない場合は二乗平均平方根粗さが０．５μｍ〜１０μｍであり、８μｍのサンプリング長さｓが考慮される場合は０．０５μｍ〜１．０μｍである。本明細書において、「サンプリング長さ」は、粗さデータが蓄積された長さである。

【0091】

基板またはセグメント上に突出部を作製するためのいくつかの製造方法が利用可能である。黒鉛または炭化ケイ素基板の表面をテクスチャ加工する方法の非限定的な例としては、ワイヤ放電加工（ＥＤＭ）、マスク研磨加工、ウォータージェット加工、フォト研磨加工、レーザ加工、および従来の磨砕（ｍｉｌｌｉｎｇ）が挙げられる。加工技術の例が、松村らへの米国特許出願公開第２００６／００５５８６４号明細書、ならびにメノア（Ｍｅｎｏｒ）らへのＰＣＴ公報番号、国際公開第２０１１／１３０３００号パンフレットに開示されており、これらの文献は、その中に含まれる明確な定義を除いて、開示内容全体が参照により本明細書に援用される。選択される方法は、基板の異なる領域に様々なサイズおよび高さの突出部を作製するための柔軟性を提供し得る。黒鉛における突出部および突出部間のチャネルなどの加工特徴部は、ＳｉＣの極端な硬度のために、類似の特徴部をＳｉＣに直接形成するよりはるかに費用がかからない。

【0092】

黒鉛基板が炭化ケイ素へと転化された後、それは、例えば、その中に含まれる明確な定義を除いて、内容全体が参照により本明細書に援用される、１９９３年２月１６日に発行されたガーグ（Ｇａｒｇ）らの米国特許第５，１８６，９７３号明細書に開示されるような熱フィラメントＣＶＤ（ＨＦＣＶＤ）プロセスを用いて、多結晶ダイヤモンド層でコーティングされ得る。例えば、多結晶ダイヤモンドの層を作製するためのＨＦＣＶＤプロセスは、加熱されたフィラメントによって、炭化水素と水素との混合物を含有する供給ガス混合物を活性化する工程と、活性化されたガス混合物を、突出部を備えた、加熱された基板またはセグメントにわたって流して、多結晶ダイヤモンドフィルムを堆積する工程とを含む。水素中に約０．１％〜約１０％の炭化水素を含有し得る供給ガス混合物は、大気圧以下の圧力、すなわち約１３．３３ｋＰａ（１００トル）以下で熱的に活性化されて、Ｗ、Ｔａ、Ｍｏ、Ｒｅまたはそれらの混合物で作製される加熱されたフィラメントを用いて、炭化水素ラジカルおよび水素原子が生成される。フィラメントの温度は、約１８００℃〜２８００℃の範囲である。基板は、約６００℃〜約１１００℃の範囲の堆積温度に加熱され得る。

【0093】

本発明の形態のＣＭＰパッドコンディショナー基板および突出部における多結晶ＣＶＤダイヤモンド層の全厚は、０．１μｍ〜２ミリメートル、ある形態において、約１０μｍ〜５０μｍ、さらに他の形態において、約１０μｍ〜３０μｍの厚さの範囲であり得る。

【0094】

また、炭化ケイ素または窒化ケイ素のＣＶＤコーティングが、多結晶ダイヤモンド層の適用の前の最終的なコーティングとしてまたは断続的なコーティングとして、ニアネットシェイプ化炭化ケイ素基板または加工された炭化ケイ素基板の１つ以上の表面に適用され得る。コーティング後、基板は、その最終的な形状へと組み立てられてから、分散され、包装され得る。炭化ケイ素の直接の加工を用いて、突出部およびチャネルを形成することもでき、任意に、その後、多結晶ダイヤモンド、炭化ケイ素および／または窒化ケイ素コーティングが続く。ある実施形態において、パッドコンディショナーは、突出部の少なくとも表面の上に複数の凹凸（不規則な表面または粗面）を有する。摩擦および摩耗が、これらの上面において生じる。

【0095】

図１８Ａおよび１８Ｂを参照すると、突出部の粗さを保ちながら、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの層で突出部をコーティングする能力が、本発明の一実施形態において示される。図１８Ａの画像は、突出部３４２および周囲の基板３４４が多結晶ＣＶＤダイヤモンドでコーティングされる前の突出部３４２の画像である。図１８Ａが示すように、基板３４４は、基板３４４の表面および突出部３４２の表面の両方の上に、不規則な表面または粗面を有する。図１８Ａの突出部は、約２００μｍの基本寸法を有する。

【0096】

図１８Ｂの画像は、本発明の一実施形態の多結晶ＣＶＤダイヤモンドの層でコーティングされた突出部３４６および基板３４８のＳＥＭ画像である。画像化された突出部３４６は、約６５μｍの基本寸法を有する。多結晶ＣＶＤダイヤモンドは、突出部における不規則形状を含む、突出部３４６および基板３４８の凹凸に付着し、不規則な表面または粗面に適合することに留意されたい。

【0097】

したがって、多結晶ＣＶＤダイヤモンドコーティングは、多結晶ＣＶＤダイヤモンドの硬度および耐久性を提供しながら、下にある基板および突出特徴部の形状に適合する起伏のある粗い形状を提供する。結果として、使用中に研磨パッドと接触するパッドコンディショナーの全ての表面が、切削および表面のテクスチャ加工に関わる。ある実施形態において、凹凸は、約０．５μｍ〜約１０μｍの範囲の平均高さを有してもよく；他の実施形態において、凹凸の高さ範囲は、約０．５μｍ〜約５μｍの範囲であってもよく、さらに他の実施形態において、約１μｍ〜約３μｍの範囲であってもよい。

【0098】

炭化ケイ素、またはニアネットシェイプ化炭化ケイ素へと転化されるニアネットシェイプ化黒鉛は、ＵＲＬ：ｗｗｗ．ｐｏｃｏ．ｃｏｍ／ＡｄｄｉｔｉｏｎａｌＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ／Ｌｉｔｅｒａｔｕｒｅ／ＰｒｏｄｕｃｔＬｉｔｅｒａｔｕｒｅ／ＳｉｌｉｃｏｎＣａｒｂｉｄｅ／ｔａｂｉｄ／１９４／Ｄｅｆａｕｌｔ．ａｓｐｘで、ワールドワイドウェブで入手可能な、「炭化ケイ素の特性および特徴（Ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｃａｒｂｉｄｅ）」、Ａ．Ｈ．ラシェド（Ｒａｓｈｅｄ）編、２００２年、ポコグラファイト社（Ｐｏｃｏ Ｇｒａｐｈｉｔｅ Ｉｎｃ．）、テキサス州ジケーター（Ｄｅｃａｔｕｒ，ＴＸ）（ポコ（Ｐｏｃｏ）の参照文献）に開示される方法および材料によって作製することができ、この文献は、その中に含まれる明確な定義を除いて、内容全体が参照により本明細書に援用される。ポコの参照文献には、ＳＵＰＥＲＳＩＣ（登録商標）−１、ＳｉＣ材料の特性が、典型的に、２０．５％の全気孔率に対して１９％の平均開放気孔率および２．５％の平均閉鎖気孔率を有するものとして開示されている（ポコの参照文献、ｐ．７）。ＳＵＰＥＲＳＩＣ（登録商標）−１は、基板の前駆体としても使用され得る。例えば突出部は、ニアネットシェイプ化基板を形成するためのフォト研磨プロセスによって、ＳＵＰＥＲＳＩＣ（登録商標）−１基板に形成され得る。炭化ケイ素は、ポコグラファイト（Ｐｏｃｏ Ｇｒａｐｈｉｔｅ）、テキサス州ジケーターから同様に入手可能な、ＳＵＰＥＲＳＩＣ（登録商標）またはＳＵＰＥＲＳＩＣ（登録商標）−３Ｃも含み得る。ニアネットシェイプ化炭化ケイ素へと転化され得るニアネットシェイプ化基板のための黒鉛も、ポコグラファイト（Ｐｏｃｏ Ｇｒａｐｈｉｔｅ）から入手可能である。

【0099】

本発明のある実施形態において、炭化ケイ素は、反応焼結炭化ケイ素材料（ここで、反応焼結炭化ケイ素は、細孔構造にケイ素が浸透された焼結されたアルファ炭化ケイ素粉体である）ではない。

【0100】

本発明の特定の実施形態において、ｘ線回折によって測定した際の炭化ケイ素相は、ベータ炭化ケイ素を含み、他の形態において、炭化ケイ素は、ベータ炭化ケイ素（β−ＳｉＣ）のみであり、さらに他の形態において、炭化ケイ素は、本質的にβ−ＳｉＣである。本発明のなおさらに他の形態において、（相対的なピーク面積に基づいて）ｘ線回折によって測定した際の炭化ケイ素は、５０％を超えるβ−ＳｉＣ相である。パッドコンディショナーのある形態において、遊離ケイ素は、ｘ線回折によってベータ炭化ケイ素中で検出することができない。炭化ケイ素は、任意に、炭素構造または炭素相を含有してもよい。

【0101】

本発明の形態で使用される、炭化ケイ素（ＳｉＣ）、ならびにニアネットシェイプ化黒鉛および炭化ケイ素前駆体は、その中に含まれる明確な定義を除いて、内容全体が参照により本明細書に援用される、米国特許第７，７９９，３７５号明細書（ラシェド（Ｒａｓｈｅｄ）ら、２０１０年９月２１日）に開示される方法および材料によって部分的または全体的に作製され得る多孔質で高密度の炭化ケイ素を含み得る。ラシェドは、「ある開放気孔率を有する多孔質炭化ケイ素プリフォームが提供される。開放気孔率は、好ましくは、約１０％〜約６０％の範囲である」ことを開示しており（ラシェド、第５欄、４４〜４６行）、１８〜１９％、０．３％、０．２％および２．３％の開放気孔率の具体例が、表１に示されている（ラシェド、第７欄、３６〜５０行）。一例において、ポコグラファイト（Ｐｏｃｏ Ｇｒａｐｈｉｔｅ）製の多孔質黒鉛基板が、一酸化ケイ素ガスの存在下で、１８００℃で加熱されて、多孔質黒鉛が多孔質炭化ケイ素基板へと転化され得る。したがって、本発明のある形態において、突出部を備えたニアネットシェイプ化多孔質黒鉛基板が、一酸化ケイ素ガスの存在下で、１８００℃で加熱されて、ニアネットシェイプ化多孔質黒鉛がニアネットシェイプ化多孔質炭化ケイ素に転化され得る。

【0102】

表面粗さは、山谷粗さ、平均粗さ、および二乗平均平方根（ＲＭＳ）粗さを含む、いくつかの方法で特徴付けられ得る。山谷粗さ（Ｒｔ）は、表面の最も高い点と最も低い点との間の高さの差の尺度である。平均粗さ（Ｒａ）は、表面上の、粗い、起伏のある、尖状の、またはとげ状の突出部の相対的な程度の尺度であり、ピークとその平均線との差の絶対値の平均として定義される。ＲＭＳ粗さ（Ｒｑ）は、ピークと谷との間の距離の二乗平均平方根平均である。本明細書において、「Ｒｐ」は、サンプル長さの中心線の上の最も高いピークの高さであり、「Ｒｐｍ」は、サンプル長さの全てにわたるＲｐ値の全ての平均であり、「Ｒａ」は、平均粗さであり、「Ｒｑ」は、ＲＭＳ粗さであり、「Ｒｔ」は、山谷粗さである。様々な粗さパラメータは、基板および突出部上面の各位置で測定され得る。

【0103】

図１９Ａおよび１９Ｂを参照すると、本発明の一実施形態のパッドコンディショナーの切削速度４０２が、コンディショニングされた研磨パッドの表面仕上げ４０４とともに示される。図１９Ａにおいて、突出部は、ｍｍ^２当たり３つの突出部の密度で、名目上、１２５μｍの基本寸法を有する（例えば、四角形、直径またはその他）。図１９Ｂにおいて、突出部は、ｍｍ^２当たり３つの突出部の密度で、名目上、６５μｍの基本寸法を有する。図１９は、本発明のこの実施形態のプロセス制御および均一性を示す。

【0104】

図２０を参照すると、本発明の一実施形態の研磨パッド切削速度４１２を、急峻な切削速度低下曲線を有し、ダイヤモンドの剥離／除去が起こりやすい典型的なダイヤモンドコンディショナーの従来の粗い凹凸および微細な凹凸のあるコンディショナーの切削速度４１４と比較した。図２０の傾向は、本発明の実施形態の少なくとも２つの利点を示す：第１に、本発明の実施形態の研磨パッドの切削速度４１４は、典型的なダイヤモンドコンディショナーの従来のコンディショナーの切削速度４１６よりかなり低い。より低い切削速度４１４は、研磨パッドから除去される材料の減少につながり、したがって、研磨パッドの寿命が延長される。第２に、本発明の実施形態の研磨パッドの切削速度４１４は、従来のコンディショナーの切削速度４１６より一貫性があるため、材料除去の予測がより容易になる。

【0105】

図２１を参照すると、本発明の一実施形態のパッドコンディショナーと市販のパッドコンディショナーとの銅研磨の結果の比較図４２０が示される。比較のために、本発明のパッドコンディショナーの実施形態は、５／ｍｍ^２の突出部密度で８５μｍの基本寸法の突出部を含む微細な粗さであり、市販のパッドコンディショナーは、アラカ（Ａｒａｃａ）ＡＰＤ−８００ＣＭＰ研磨装置（富士フイルムプラナーソリューションズ（ＦｕｊｉＦｉｌｍ Ｐｌａｎａｒ Ｓｏｌｕｔｉｏｎｓ）、モデル番号ＣＳＬ９０１４Ｃ）であった。両方のパッドコンディショナーを、業界標準のＩＣ１０００パッド上で、銅スラリーで実装した。

【0106】

図２１に示されるように、本発明のパッドコンディショナーのウエハ除去速度（「ＲＲ」）４２２は、市販のパッドコンディショナー（参照符号４２４）の１０８０７．１６ｐｍ／秒（６４８３Ａ／分）と比較して、１３９５７．７９ｐｍ／秒（８３７３オングストローム毎分（Ａ／分））である。各システムについて得られる研磨パッド表面仕上げの粗さ（Ｒａ）も提供され、これは、白丸のデータ点４２６および４２８によって表される。データは、本発明の実施形態のパッドコンディショナーの研磨パッド表面仕上げ４２６が、市販のパッドコンディショナーの約５．３μｍのＲａの表面仕上げ４２８と比較して、約３．８μｍのＲａであることを示す。

【0107】

したがって、本発明のこの実施形態は、市販のパッドコンディショナーのものよりも平滑な研磨パッド表面仕上げを提供しながら、より高いウエハ除去速度を提供する。したがって、本発明のパッドコンディショナーの実施形態を用いて処理された研磨パッドの性能は、パッド切削速度（例えば、図２０）がより低い（すなわち、より少ない材料が研磨パッドから除去される）としても、市販のコンディショナーを用いて処理された研磨パッドの性能を達成するかまたはそれを超える。

【0108】

図２２を参照すると、本発明の一実施形態のパッドコンディショナーと市販のパッドコンディショナーとの間の、パッド切削速度４４０（μｍ／時）およびパッド表面粗さ（Ｒａ）の比較グラフが示される。比較のために、本発明の一実施形態のパッドコンディショナーが、名目上、１２５μｍの基本寸法およびｍｍ^２当たり３つの突出部を有する突出部を含んでいた一方、市販のパッドコンディショナーは、図２１の説明において記載されるとおりであった（「粗い凹凸の比較例（Ｃｏｍｐ Ａｇｇｒｅｓｓｉｖｅ）」）。丸で示されるデータセット４４２および４４４は、切削速度（右軸）に該当する一方、四角形で示されるデータセット４４６および４４８は、パッド表面仕上げ（左軸）に該当する。白丸を有するデータセット４４２および白い四角形を有するデータセッ４４６は、市販の製品に該当する一方、黒丸を有するデータセット４４４および黒い四角形を有するデータセット４４８は、本発明に該当する。

【0109】

図に示されるように、パッド切削速度およびパッド表面粗さは、市販のパッドコンディショナーと比較して、本発明の一実施形態のパッドコンディショナーについて比較的一定である。本発明の一実施形態の表面仕上げはまた、典型的に、市販のパッドコンディショナーを用いるよりも平滑であった。

【0110】

本明細書および添付の特許請求の範囲において使用される際、単数形（「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」）は、文脈上特に明示されない限り、複数形の言及を含む。したがって、例えば、単数形の「突出部」への言及は、１つ以上の突出部および当業者に公知のその均等物などへの言及である。特に定義されない限り、本明細書において使用される全ての技術用語および科学用語は、当業者によって一般的に理解されるのと同じ意味を有する。本明細書に記載されるものと類似または均等な方法または材料が、本発明の実施形態の実施または試験に使用され得る。本明細書に挙げられる全ての刊行物は、その中に含まれる明確な定義を除いて、全体が参照により援用される。本明細書中のいかなる記載も、本発明が先行発明に基づいてこのような開示に先行する権利を有さないことを承認するものとして解釈されるべきではない。「任意選択の」または「任意に」は、その後に記載される事象または状況が、起こってもまたは起こらなくてもよいこと、およびその説明が、事象が起こる場合および事象が起こらない場合を含むことを意味する。本明細書における全ての数値は、明示されているか否かにかかわらず、「約」という用語によって修飾され得る。「約」という用語は、一般に、当業者が記載される値と同等とみなし得る（すなわち、同じ機能または結果を有する）数の範囲を指す。ある実施形態において、「約」という用語は、記載される値の±１０％を指し、他の実施形態において、「約」という用語は、記載される値の±２％を指す。様々な構成要素または工程を「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」（「含むが、これらに限定されない」を意味するものと解釈される）という用語で組成物および方法が記載されるが、これらの組成物および方法は、様々な構成要素および工程「本質的にからなる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｅｓｓｅｎｔｉａｌｌｙ ｏｆ）」または「からなる（ｃｏｎｓｉｓｔ ｏｆ）」こともでき、このような用語は、本質的に限定される（ｃｌｏｓｅｄ）構成要素群を定義するものと解釈されるべきである。

【0111】

本発明が、１つ以上の実施に関して示され、記載されてきたが、本明細書および図面を読んで理解することに基づいて、均等な修正および変更が、当業者に想到されるであろう。本発明は、全てのこのような変更および修正を含み、以下の特許請求の範囲のみによって限定される。さらに、本発明の特定の特徴または態様が、いくつかの実施のうちの１つのみに関して開示されていることがあるが、このような特徴または態様は、任意の所与の用途または特定の用途に必要で有利であり得る場合、他の実施の１つ以上の他の特徴または態様と組み合わせられ得る。さらに、「含む（ｉｎｃｌｕｄｅｓ）」、「有する（ｈａｖｉｎｇ）」、「有する（ｈａｓ）」、「備える（ｗｉｔｈ）」という用語、またはそれらの活用形が詳細な説明または特許請求の範囲のいずれかで使用される範囲で、このような用語は、「含む（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」という用語と同様に包括的であることが意図される。また、「例示的な（ｅｘｅｍｐｌａｒｙ）」という用語は、最良ではなく、単に例を意味することが意図される。本明細書に示される特徴、層および／または要素が、簡潔さおよび理解しやすさのために互いに対して特定の寸法および／または配向で示されること、および実際の寸法および／または配向が、本明細書に示されるものとかなり異なり得ることも理解されよう。

【0112】

本発明が、その特定の実施形態を参照してかなり詳細に説明されてきたが、他の形態が可能である。したがって、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲は、この説明に限定されるものではなく、複数の形態が本明細書の範囲内に含まれる。様々な組成物および方法が記載されるが、本発明が、記載される特定の分子、組成物、設計、方法またはプロトコルに限定されない（これらは変化し得るため）ことが理解されるべきである。また、本明細書に使用される用語が、特定の形態または実施形態のみを説明するためのものであり、添付の特許請求の範囲のみによって限定される本発明の範囲を限定することが意図されていないことも理解されるべきである。

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図5A】

【図5B】

【図6A】

【図6B】

【図6C】

【図6D】

【図6E】

【図6F】

【図7A】

【図7B】

【図7C】

【図7D】

【図7E】

【図7F】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図11C】

【図11D】

【図12】

【図13A】

【図13B】

【図13C】

【図14A】

【図14B】

【図14C】

【図15】

【図16】

【図16A】

【図17】

【図18A】

【図18B】

【図19A】

【図19B】

【図20】

【図21】

【図22】