JP2003200343A

JP2003200343A - 研磨システムおよび方法

Info

Publication number: JP2003200343A
Application number: JP2001387224A
Authority: JP
Inventors: David Trommer; デイビッド・トロンマー
Original assignee: MPM Ltd
Current assignee: MPM Ltd
Priority date: 2001-12-20
Filing date: 2001-12-20
Publication date: 2003-07-15

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】磁場を生成することができる１つ以上の磁気
ユニットを含む研磨システムを提供する。【解決手段】磁場を生成することができる１つ以上の
磁気ユニットを含む研磨システム１００が提供される。
磁気ユニットは、研磨材料を塑性化させることができ、
塑性化された材料は加工部品１１３の表面を研磨するこ
とが可能である。研磨材料は、研磨のために表面と断続
的にかつ繰返し接触する。表面のマグネトレオロジカル
研磨の間に表面に、予め定められたパターンを刻み込み
または浮き出させるための方法もまた提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】当該技術分野において公知である、光学
レンズを研磨するためのシステムがある。これらのシス
テムのいくつかは、研磨スラリーとして知られるマグネ
トレオロジカル研磨物質を用いる。典型的には、スラリ
ーはマグネトレオロジカル化合物、研削粒子および安定
剤の混合物である。

【０００２】磁気力によって作用されていない場合、ス
ラリーは通常液体状態にある。しかしながら、一旦その
ような力によって作用されると、スラリーの粘度が増
し、研削粒子を液体の表面に押出す。より粘度が増した
このスラリーは、研削粒子が表面から突き出し、加工部
品表面を研削し研磨するための研磨ツールとして用いら
れる。カードンスキー（Kardonsky）他は、米国特許第
５，５７７，９４８および米国特許第５，４４９，３１
３号においてそのようなシステムを記載する。

【０００３】研磨ツールとして用いられる場合にマグネ
トレオロジカル研磨装置を最も効率的にするために、こ
れは加工部品の表面に研削粒子をしっかりと押しつける
に足りる力を与えるために、十分に硬くなくてはならな
い。先行技術のシステムにおいて用いられる研磨装置
は、磁気力の影響下で、ビンガム性質として知られる粘
度のあるほぼ塑性化される性質を獲得する。この時点で
は、装置は研磨ツールとして用いるために十分に硬い。
しかしながら、先行技術の装置はこの完全に発達したビ
ンガム状態に一度だけ、研磨運動の開始においてのみ到
達する。

【０００４】その後、一旦スラリーに対する加工部品の
運動が始まると、スラリーは最早ビンガム状態を維持し
得ず、スラリーは塑性化された性質を失う。したがっ
て、これらがより粘度を増したとしても、それらは最終
的には液体の状態にとどまる。したがって、しばしば液
体は沈殿している研削粒子をしっかりと研磨表面に抗し
て押し上げるに足りる力を有さず、したがって、研削体
は効率的に加工部品を研削しない。

【０００５】さらに、加工部品の研磨は段階的に行なわ
れる。所与の時点で、小さな表面領域が研磨される。こ
の領域は、研磨区画（polishing zone）として公知であ
る区画の大きさによって規定され、これは加工部品の大
きさに比べて小さい。こうして加工部品は区画ごとに研
磨される。このアプローチは、加工部品の表面全体に対
する均一な研磨を達成することを妨げる。シリコンウェ
ハのような非均一な加工部品の研磨は、半導体のような
装置における潜在的な問題を提示する。

【０００６】さらなる問題は、磁界の非均一性であり、
これは研磨区画の有効性に影響を与える。磁石のエッジ
における磁場は、磁石の中央におけるものよりも強さが
ほぼ１オーダ高いものである。したがって、研磨区画に
おけるスラリーの粘度・塑性は非均一的になり、表面の
非均一的な研磨をもたらす。

【０００７】発明とみなされる主題は、特に明細書の結
論部分において指摘されはっきりと記載されている。し
かしながらこの発明は、動作の構成および方法、ならび
にその目的、機能および利点も併せて、添付の図面を参
照して以下の詳細な説明を読むことにより、よりよく理
解されるであろう。

【０００８】例示を簡略にかつ明確にするために、図面
で示される要素は必ずしも実物と同じスケールでは示さ
れないことが理解されるであろう。たとえば、いくつか
の要素の寸法はわかりやすくするために、他の要素に対
して拡大されているかもしれない。さらに、適切である
と考えられる場合、図面を通して参照符号を繰返し用
い、対応のまたは類似する要素を示し得る。

【０００９】

【発明の説明】以下の詳細な説明において、いくつもの
特定の細部が、この発明の完全な理解をもたらすために
記載される。しかしながら、当業者においてはこの発明
は、これらの特定の細部を除いても実施され得ることが
理解されるであろう。他の場合においては、周知の方
法、手順、成分および回路は、この発明が不明瞭になる
のを避けるために詳細には示されない。

【００１０】この発明のいくつかの実施例では、新規な
研磨システムにおいて磁性研磨流体（ＭＰＦ）を用い
る。これらの実施例は、マグネトレオロジカル懸濁液
（ＭＲＳ）、強磁性流体（ＦＦ）、研磨パウダー、化学
的エッチャント、安定剤、ｐＨ制御剤および他の添加物
の組み合わせを利用して、より効率的で、改良された研
磨装置を提供する。

【００１１】図１を参照すると、この発明のいくつかの
実施例に従って構築され動作する、超々大規模集積回路
（ＵＬＳＩ）のためのシリコンウェハのような、平面を
研磨するためのシステム１００を示す。

【００１２】システム１００は、塑性化された半固体磁
性研磨流体（ＭＰＦ）１１２からの断続的な一連の衝撃
を介して加工部品１１３の表面を研磨し得る。ＭＰＦ１
１２は、磁気力の影響下で、ビンガム性質を獲得し、こ
うして先行技術において行なわれたような液体（ニュー
トン）域ではなく、塑性域において動作する。塑性域に
おけるＭＰＦ１１２によって獲得されるテクスチャは、
液体域において獲得されるものよりも硬く、よって塑性
化された場合に、ＭＰＦ１１２はより効率的に研磨ツー
ルとして機能することに留意されたい。いくつかの例に
おいては、加工部品１１３は平面であっても、曲面であ
ってもまたはエッチングされていてもよい。

【００１３】この発明のいくつかの実施例は、加工部品
１１３の表面からの高速の細片除去率を提供し、よって
システム１００は、公知のシステムよりも速い研磨シス
テムを提供し得る。さらに、ポイント磁化（point magn
etization）を誘導し、よって加工部品全体をスィープ
研磨するためには研磨サイクルを顕著に繰返されなけれ
ばならないシステムとは対照的に、この発明のいくつか
の実施例は平面全体の磁化を教示する。したがって、い
くつかの実施例においてはシステム１００は１回のサイ
クルで加工部品をスィープ研磨する。サイクルの数は、
研磨されるべき領域の大きさに関わらず、除去されるべ
き物質の厚さおよび種類によって決定され、こうしてよ
りよい表面均一性を確実にする。

【００１４】システム１００は、平坦な滑らかな表面Ａ
および反対側の表面Ｂを作るように予め定められたパタ
ーンに集合させた永久磁石双極子１１６のマトリックス
を含み得る。表面Ａの領域は、加工部品１１３の対象と
なる領域よりも大きくなり得る。表面Ａの平坦性は、ア
センブリ技術および／またはアセンブリ後の表面機械加
工およびラッピング仕上げによって達成され得る。マト
リックスの大きさは、市場の現行のシリコンウェハの大
きさに対して１０００×４００ｍｍであり得る。

【００１５】磁石１１６の面はこれらが表面Ａを形成す
る場合、互い違いの方向に、すなわち隣接する磁石１１
６が反対側の極性になるように構成され得る：Ｎ極、Ｓ
極、Ｎ極、Ｓ極などである。磁石１１６の各々のサイズ
は２０＊２０ｍｍであり、１１０と示されるそれらの間
のギャップは、最大５ｍｍ、たとえば０．１−０．５ｍ
ｍであり得る。磁石１１６は磁場１１８をもたらし、こ
れはＭＰＦ１１２に作用する。

【００１６】軟鉄シャトル１３０は表面Ｂ上を滑動し得
る。シャトル１３０は、最小限の幅がギャップ１１０の
幅と等しく、かつ単一の磁石１１６の厚みの２倍であり
得る。シャトル１３０の長さは、表面Ｂの最大の寸法と
等しくなり得る。鉄シャトル１３０は表面Ｂの上を滑動
して、隣接する極１１６を適宜短絡または接続する。一
連の短絡または接続は、磁場１１８の強度およびジオメ
トリに変化をもたらす。鉄シャトル１３０は、Ｘまたは
Ｙ軸のいずれかに沿って、またはそれらの両方の方向の
組合せにおいて、およびこれに代えて、回転運動で動い
てもよい。磁場１１８の性質における変化の速度は、シ
ャトル１３０の移動速度に比例する。

【００１７】ＭＰＦ１１２は、表面Ａの頂部を覆うよう
配置される。磁場１１８のために、ＭＰＦ１１２はいく
つかの特定の機械的性質を獲得し得る。磁場１１８のジ
オメトリおよび構成に決定されて、ＭＰＦ１１２は凸状
の交差した形状パターンをとる。

【００１８】米国特許出願第０９／５６３，９１７号に
記載されるようなＭＰＦ１１２は、マグネトレオロジカ
ル物質（ＭＲＳ）、強磁性流体（ＦＦ）、研削体１１９
およびエッチング速度とｐＨ制御の安定化のための成分
の組合せであり得る。そのような組合せは、付与される
磁場１１８の影響下でビンガム性質を獲得し得る。

【００１９】磁場１１８の強度における変化は、ＭＰＦ
１１２の状態をニュートン状態からビンガム状態に変
え、逆もまた同じである。ＭＰＦ１１２がビンガム状態
にある場合、これは捕獲された研削粒子１１９が表面に
押し上げられた剛性のある多孔質のマトリックスを形成
する。

【００２０】強磁性流体は、毛管力のために多孔質レオ
ロジカル媒体を通して押し上げられ、ＭＰＦ１１２の上
部表面の上に浅く凝集し、こうして研削表面を平滑化し
かつ平面化し得る。強磁性流体は場の勾配の影響下で、
ＭＰＦ１１２の他のレオロジカル成分よりも実質的に低
い程度ではあるが、レオロジカル挙動を示す。これらの
勾配は、研削体を強磁性流体の上部表面に向かって押し
上げる。

【００２１】平坦な加工部品１１３は、保持プレート１
１１を有する回転可能ホルダ（チャック）１１４によっ
て水平位置に保持され得る。保持プレート１１１は、平
面または凹面を有する。ホルダ１１４は、矢印１２４に
よって示されるように表面Ａに平行な平面において軸１
２６を中心として回転し得る。垂直運動１２１も可能で
あるホルダ１１４は、加工部品１１３をＭＰＦ１１２の
表面にまで下げて、加工部品１１３を研削粒子１１９と
接触させる。

【００２２】粒子１１９は、磁場１１８を付与されるＭ
ＰＦ１１２の表面上に保持され、加工部品１１３に衝撃
を与えて、加工部品の細片を削り取る。ＭＰＦ１１２の
表面と加工部品１１３との間の距離は、軸１２１の同軸
運動によって調節可能である。こうして、加工部品はＭ
ＰＦ１１２の中に沈むか、またはその表面に触れるのみ
にとどまり、異なったレベルの研磨パラメータを達成す
る。

【００２３】加工部品１１３がＭＰＦ１１２に接触する
場合、ＭＰＦはそのビンガム性質を失い液体化する。し
かしながら、鉄シャトル１３０の運動により、磁石１１
６は断続的に短絡され、磁場１１８は断続的に再び付与
される。こうして、磁場１１８の再付与の各々によっ
て、ＭＰＦ１１２は再び塑性化され、かつ再び加工部品
１１３に衝撃を与え、これにより加工部品１１３の平面
の断続的な削り取りを繰返す。

【００２４】この現象の物理的な説明は以下のとおりで
ある：磁場１１８がＭＰＦ１１２に与えられる場合、Ｍ
ＰＦ１１２は降伏点が磁場１１８の強度に依存する塑性
化された固体の性質を獲得する。この塑性化状態におい
て、研削粒子１１９はＭＰＦ１１２の表面上に効率的に
保持される。しかしながら、加工部品１１３の衝撃の際
に、ＭＰＦ１１２の剪断応力は降伏点を超え、ＭＰＦ１
１２は液体化する。この時点で、研削体１１９は液体マ
トリックスに、ニュートン流体様の流体に懸濁される。

【００２５】したがって、効率的な研磨プロセスをもた
らすために、ＭＰＦ１１２が降伏点を永久的に超えて液
体状態になることを防ぎ得る。こうして、この発明のい
くつかの実施例は、磁場１１８を繰返して付与すること
を教示する。よって、一旦ＭＰＦの塑性化されたビンガ
ム状態が崩壊すると、磁場１１８が再び付与され、ビン
ガム性質は復元し、ＭＰＦ１１２が塑性化された状態を
再び得ることを可能にする。ＭＰＦ１１２はこうして剛
性性質を獲得し、研磨プロセスは、剛性のあるツールの
作業部品１１３の表面への一連の衝撃と同様になる。

【００２６】ここで教示される磁場１１８の一定した更
新は、先行技術において公知である継続的な磁場の付与
の方法とは対照的に動作することに留意されたい。公知
の方法においては、ＭＰＦ１１２は塑性化された性質を
研磨サイクルの開始時点においてのみ獲得し、加工部品
１１３との最初の衝突の再に液体状態に戻り、この状態
に留まる。したがって、研磨プロセスは研削体１１９が
継続的に半固体状態に沈降した継続的なマッサージとな
る。

【００２７】ＭＰＦ１１２の予想される損失を補償する
ために必要であるので、チューブの配列１１５が、ＭＰ
Ｆ１１２、研磨材料１１９および化学物質を表面Ａに供
給する。さらに、供給チューブ１１５はまた、研磨パラ
メータ（たとえば、除去率、表面のパッシベーションな
ど）を制御するための化学物質をも搬送し得る。

【００２８】この発明の代替的な実施例（図示せず）に
おいては、磁気双極子１１６の方向は統一されていて
も、たとえば表面Ａに面する側の極性はＮ極のみであっ
てもよい。こうして、磁場勾配はより強くなり、加工部
品１１３に対するＭＰＦ１１２の強磁性流体成分の削り
／研磨力はより強くなる。また、主なレオロジカル成分
の力は低くなる。そのような研磨領域から利益を享受し
得る材料が存在する。

【００２９】鉄シャトル１３０の断面はばらつきのある
ものであってもよく、シャトル１３０と平面Ｂとの間の
距離もばらついてもよい。これに代えて、シャトル１３
０は、形状と構成は双極子１１６のものと同様である常
磁性材料片のグリッドであってもよい。

【００３０】ホルダ１１４は、磁場強度を向上させ、加
工部品１１３の露出された表面からの細片の除去率を向
上させるための強磁性および／または常磁性材料であっ
てもよい。たとえば、保持プレート１１１は炭素鋼プレ
ートであり得る。ホルダ１１４は、保持プレート１１１
の中に、またはこれに代えて保持プレート１１１の上に
位置決めされ得る永久磁極または電磁石を含むよう構築
されていてもよい。磁石は、磁石１１６に関して説明し
たように、互い違いの方向または連続的な方向に配置さ
れ得る。

【００３１】次に図８（Ａ）から図８（Ｄ）を参照す
る。図８（Ａ）および図８（Ｃ）は、この発明のいくつ
かの実施例に従った保持プレートの拡大図を示す。図８
（Ｂ）および図８（Ｄ）は、この発明のいくつかの実施
例に従った加工部品の拡大図を示す。保持プレート１１
１は、加工部品１１３に接続可能である表面８０を含み
得る。表面８０は、図８（Ａ）に示すように予め定めら
れたエッチングパターン８２を有し得る。研磨の間に、
表面８０は加工部品１１３と当接し、図８（Ｂ）に示す
ように加工部品１１３の研磨された表面に整合する浮き
出しパターン８４が生成され得る。

【００３２】これに代えて、保持プレート１１１は図８
（Ｃ）に示すように予め定められた刻み込まれたパター
ン８８を含み得る。そのような場合には、図８（Ｄ）に
示すように研磨の間に、加工部品１１３の研磨された表
面に整合する刻み込まれたパターン９０が生成され得
る。

【００３３】この発明に従ったいくつかの実施例におい
ては、保持プレート１１１は予め定められた嵌め込まれ
たパターンを有する表面を含み得る。嵌め込まれた材料
の透磁性が残りの表面の透磁性よりも高い場合、整合す
る刻み込まれたパターンが研磨の間に加工部品１１３の
露出された表面の上に生成される。嵌め込まれた材料の
透磁性が残りの表面の透磁性よりも低い場合、整合する
浮き出しパターンが、研磨の間に加工部品１１３の露出
された表面上に生成される。

【００３４】この現象の物理的な説明は以下のとおりで
ある：刻み込み領域８２のようなより低い透磁性を有す
る領域において、局所的な磁場強度はまわりの表面の局
所的磁場強度よりも低い。したがって、ＭＰＦ１１２の
より少ない研削粒子が刻み込み領域８２の垂直下の領域
に上向きに押し上げられ、ＭＰＦは柔らかくなる。した
がって、より少ない材料が研磨の間に加工部品１１３か
ら除去され、こうして刻み込まれたパターンを生成す
る。

【００３５】刻み込み領域８８のようなより高い透磁性
を有する領域においては、局所的な磁場強度はまわりの
表面の局所的な磁場強度よりも高い。したがって、ＭＰ
Ｆ１１２のより多くの研削粒子が刻み込み領域８２の垂
直下の領域に上向きに押し上げられ、ＭＰＦは硬くな
る。したがって、研磨の間に加工部品１１３からより多
くの材料が除去され、こうして刻み込まれたパターンを
形成し得る。

【００３６】この発明のいくつかの実施例に従った研磨
システム２００を示す図２を参照する。図１に示すもの
と同様の要素には同様に参照符号を付与し、さらなる説
明は行なわない。

【００３７】磁気力１１８が磁石１１６によって与えら
れるシステム１００と同様に、システム２００において
は力は電磁石２１６のマトリックスによって供給され
る。パルス生成ユニット２３０は、断続的な電流を電磁
石２１６に供給し得る。パルス列シーケンス、衝撃係
数、振幅および極性は制御可能である。電流はいかなる
２つの値の間で、好ましくは小さな「保持電流」値であ
る０．２Ａまでのものと、ピーク値との間でパルス化す
ることが可能である。いかなる磁石１１６に対する電流
のパルスも磁場１１８においてパルスを生成し、これは
上述のように、ＭＰＦ１１２を液体状態からビンガム状
態に変化させる。

【００３８】ＭＰＦ１１２の強磁性成分は、上述のよう
にチューブ１１５を介してパルス列の「オフ」部分の間
に注入され得る。

【００３９】銅損の結果としての熱放射を補償するため
に、電磁力２１６のマトリックスはたとえば、主に熱交
換器（図示せず）を介して熱を「汲み出す」トランス油
（図示せず）である冷却液に浸漬される。

【００４０】これらの実施例においては、システム１０
０とは対照的に、磁気双極子１１６の方向は固定されて
おらず、したがって制御可能なパルス生成ユニット２３
０を介して統一されたまたは互い違いの方向のパターン
のいずれかの極性場が得られる。これにより、研磨力を
向上させる強い磁場、または研磨プロセスのより精密な
利用を可能にする弱い磁場、または異なった場所におい
て同時にそれらの両方が可能になる。

【００４１】図１および図２に示される両方の実施例に
おいて、加工平面１１３の運動に加えて、またはその代
わりに相互の平面Ａの運動もまた可能である。

【００４２】この発明のいくつかの実施例に従った研磨
システム３００を示す図３を参照する。先行の図面と同
様の要素には同様に参照符号を付与し、さらなる説明は
行なわない。

【００４３】システム３００は、シリンダ３１０を含
み、シリンダ３１０の外周部に沿っていくつかの長い磁
石３１６が埋込まれる。シリンダ３１０は好ましくは半
径がＲであり、その長手軸を中心として回転し、加工部
品１１３の加工寸法（workingdimension）よりも長い。

【００４４】磁石３１６は、シリンダ３１０の外側表面
とフラッシュであるか、またはこれに代えて、シリンダ
３１０の表面から突き出す。さらに、磁石３１６は半径
の方向において磁化され、同じ極に外側で面するか、ま
たはこれに代えて、異なった極に外側で面するよう構成
される。

【００４５】シリンダ３１０は、シリンダ３１０がＭＰ
Ｆ１１２に接触するように容器（図示せず）の中に水平
に低められる。シリンダ３１０はトリミング装置（トリ
マー）３１１に隣接するよう、それらの相対的な制御可
能な位置を参酌する機械的手段によって配置される。ト
リマー３１１は、磁極上のＭＰＦの厚さを、超過分を切
り捨て、かつ減った量を補充することにより制御する。
回転チャンク１１４は、加工部品１１３をシリンダ３１
０の表面から距離Ｅに保持する。

【００４６】磁石３１６は磁場１１８を生成し、これは
ＭＰＦ１１２上に作用して、ＭＰＦ１１２を整形かつ固
体化して、周期的な山と谷の塑性化システムにする。山
は距離Ｅよりも高い。ＭＰＦ１１２の塑性化は、研削粒
子をＭＰＦ１１２の外周部に押し上げ、山と谷とを覆
う。

【００４７】シリンダ３１０は加工部品１１３に対して
回転し、研削粒子に覆われたＭＰＦ１１２の半固体の山
により、加工部品１１３の表面に周期的に衝撃を与えさ
せる。衝撃のたびに、加工部品１１３の細片は削り落と
され、それにより研削行為を行なう。加工部品１１３か
らの材料の除去率は、ＭＰＦ１１２および磁石３１６の
所与の性質に対して回転の速度および距離Ｅを調節する
ことにより制御可能である。

【００４８】半固体ＭＰＦ１１２が加工部品１１３の表
面に衝撃を与えるたびに、ＭＰＦ１１２は液体化するこ
とに留意されたい。しかしながら、一般的に、衝撃のす
ぐ後に続いて、接触の損失により応力が除去され、ＭＰ
Ｆ１１２は再び塑性化され、加工部品１１３との別の衝
突に備える。

【００４９】次に、研磨システム３００で使用可能な、
代替的なシリンダ４１０および５１０を図４（Ａ）およ
び図４（Ｂ）に示す。先行の図面で示されたものと同様
の要素には同様に参照番号を付与し、さらなる説明は行
なわない。

【００５０】シリンダ４１０は、双極子３１６の間に配
置されるチューブ４１１の配列を含む。チューブ４１１
は、補給するＭＰＦ１１２を含み、これは必要に応じて
ここからシリンダの外部表面に滲み出す。これに代え
て、チューブ４１１はまた、補給する化学物質および研
削成分をも含み得る。

【００５１】シリンダ５１０は、シリンダ５１０の長手
軸に沿って配置される磁気双極子５１６を含む。磁気双
極子５１６は螺旋パターンである。さらに、磁石はまた
シリンダの表面から突き出していてもよい。

【００５２】代替的なシリンダ（図示せず）において
は、磁気双極子５１６の各々は薄い、長い磁石のクラス
タを、極を互い違いにした構成で含む。これらの組み合
わされた磁石の極は、交換可能なユニットとしてシリン
ダに挿入されるカセットとして集められてもよい。これ
に代えて、シリンダ表面（磁極を含む）は、０．１ｍｍ
厚さから０．５ｍｍ厚さのワイヤメッシュまたはファイ
ンゲージワイヤ、または好ましくは０．１ｍｍ厚さから
０．５ｍｍ厚さの薄いラミネート加工されたメタルウー
ルの繊維で編んだブランケット（metal-wool blanket）
で覆われてもよい（図示せず）。ワイヤメッシュまたは
メタルウールの繊維で編んだブランケットは、強磁性材
料から作られてもよい。さらに、シリンダ表面を、メッ
シュ状の、ラミネート加工された、または多孔質の非金
属材料で覆ってもよい。シリンダの外側表面を、整形す
るかまたは輪郭を整えてもよいことに留意されたい。

【００５３】次に、簡単に図５を参照するが、ここでは
この発明のいくつかの実施例にしたがって動作し構築さ
れる代替的なシリンダ６１０が示される。先行の図面で
示されたものと同様の要素には同様に参照番号を付与
し、さらなる説明は行なわない。

【００５４】シリンダ６１０は、シリンダ６１０の中心
に同軸状に挿入される強磁性マンドレル５５０を含み得
る。マンドレル５５０の外径は、磁石３１６の埋め込ま
れた極に接する。磁石３１６は、マンドレル５５０の強
磁性部分の上を通過し、磁場における変化をもたらし、
かつ適切な場所でマグネトレオロジカル現象を向上させ
る。

【００５５】次に、やはりこの発明のいくつかの実施例
にしたがった別のシリンダを示す図６を参照する。先行
の図面で示されたものと同様の要素には同様に参照番号
を付与し、さらなる説明は行なわない。

【００５６】研磨シリンダ７１０は、直流（ＤＣ）電動
機のロータに非常に似た、電磁石６１１の配列を含み得
る。

【００５７】電流は、ブラシ６１４によって、または好
ましくは、自動車のオルタネータのようなブラシのない
構成によって、ロータ６１３を介して供給される。電源
ユニット６３１は、供給されるべき電磁石、シーケン
ス、振幅および極性を選択する電流制御ユニット６３２
を介して、ロータ６１３に電流を供給する。

【００５８】この構成により、研磨力、すなわち磁気双
極子６１１の方向、の制御が可能になり、したがって、
図２を参照して上に説明したように、研磨力を向上させ
る強い磁界または、研磨プロセスのより精密な利用を可
能にする弱い磁界のいずれかが可能になる。

【００５９】この構成はまた、適切な場所にＭＰＦ１１
２の向上した磁気現象を提供し、同時に、再利用、洗
浄、または再混合するためにＭＰＦ１１２を他の場所か
ら除去することにも備える。しばしば、極とシリンダと
を維持または他の目的のために洗浄するために、作業に
より適した異なった種類の流体と交換するためにＭＰＦ
１１２を除去する必要がある。また、ときどき異なった
添加剤とミキサで再混合し、再びシリンダに与えること
により、ＭＰＦ１１２の化学的／物理的性質を変化させ
ることも望ましい。作用する磁化力のために除去は困難
である。電気コイルはオフに切り替えられてもよく、こ
うしてＭＰＦへの磁気吸引力をなくし、ＭＰＦを簡単に
除去することができる。この利点は、永久磁石には存在
しない。

【００６０】次に、２つの流体に対する粘度プロファイ
ルの特性図である図７（Ａ）を参照する：一方はニュー
トンプロファイルを備えた非レオロジカルなものであ
り、他方はビンガムプロファイルを備えたレオロジカル
なものである。数学的モデルは２つの流体を以下のよう
に説明する。

【００６１】

【数１】

【００６２】剪断応力は、流体の単位面積を移動させ、
単位流れを維持するのに必要となる力であることに留意
されたい。剪断応力はＮ／ｍ²単位で測定される。剪断
速度は、基準面に対する所与の面における流体の運動の
速度をそれらの間の距離で割ったものである。剪断速度
に対する単位は（ｍ／ｓｅｃ）／ｍまたはＳＥＣ^-1であ
る。粘度は、剪断応力の剪断速度に対する比率である。
したがって、単位は（Ｎ×ｓｅｃ）／ｍ²、またはＣＧ
Ｓ単位のPoise（dyne-sec/centimeter）である。

【００６３】ほとんどの流体に対して、粘度は一定では
なく、剪断速度に応じて変化する。そのような流体は、
速度に依存する。いくつかのシステムにおいては、剪断
速度と剪断応力とは正比例する。そのような流体は、一
定の粘度を有し、ニュートン流体と呼ばれる。水と油と
は、後者の典型的な例である。

【００６４】いくつかの流体は、流れが始まる前に超え
なければならない、ある臨界的な剪断応力を有する。こ
の臨界的な剪断応力は「降伏値」と呼ばれる。もし、降
伏値を超えた後に、流体がニュートン流体特徴を示す
と、流体は「ビンガム塑性流体」と呼ばれる。

【００６５】上述の定義を考慮に入れると、（図７
（Ａ）に示されるように）粘度は曲線の勾配の角度によ
って表される。７０２と示されるニュートン曲線は直線
であり、したがってすべての温度および圧力に対して一
定の粘度を維持する。

【００６６】７０４と示される理想化されたビンガム塑
性流体曲線は、２つの連続する部分によって構成され
る：原点から剪断応力軸を降伏値まで上る垂直線（７０
６と示される）と、ニュートン曲線７０２に似た斜線
（７０８と示される）である。

【００６７】垂直部分７０６は、流体の無限に高い粘度
値、または物質の固体様の状態を表す。力を加えて降伏
値を超えると、ニュートン流体の域まで粘度が劇的に降
下する（７０８の斜線部分）。ＭＰＦを用いた研磨プロ
セスにおいては、非常に速い除去速度と均一性を確実に
するので、可能な限り無限の粘度（垂直部分７０６）の
域に留まることが望ましい。

【００６８】研磨プロセスによってもたらされる剪断速
度は、ビンガム流体を低粘度域（７０６部分）に変化さ
せる。この発明においては、いったんこれが起こると、
これに作用する磁界を除去するか、または流体を研磨プ
ロセスから一時的に取り除くことのいずれかにより、こ
の遷移を行なった流体の部分が研磨の剪断速度に晒され
ることを防ぐ。次いで、磁界の復元により、流体はその
非常に高い粘度を取り戻し、改めて研磨プロセスに加え
られる。

【００６９】プロセスにおけるビンガム磁性研磨流体の
見掛け粘度を、図７（Ｂ）に示す。粘度が高い各時点
で、ポイント７１１で、磁界が再び加えられるかまたは
剪断応力が除去され、また剪断応力が降伏値を超える各
時点で、ポイント７１２で、粘度が降下することに留意
されたい。

【００７０】この発明のあるの特徴が例示され説明され
てきたが、多くの修正例、代替例、変更および等価物が
当業者においては想起されるであろう。したがって、前
掲の特許請求の範囲はこの発明の真の範囲内にすべてそ
のような修正例および変更を包含することを企図するこ
とを理解されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のいくつかの実施例に従った、研磨
システムの概略図である。

【図２】図１において示される研磨システムのいくつ
かの代替的な実施例を示す概略図である。

【図３】この発明のいくつかの実施例に従った、研磨
システムの側面図である。

【図４】（Ａ）は、図３において示される研磨システ
ムのいくつかの代替的な実施例の概略図であり、（Ｂ）
は、（Ａ）において示されるシステムの一部の詳細な図
である。

【図５】図３において示される研磨システムのいくつ
かの概略図である。

【図６】図３において示される研磨装置のいくつかの
実施例の概略図である。

【図７】（Ａ）は、２つのレオロジカル流体：ニュー
トン流体および理想化されたビンガム流体に対する、粘
度プロファイルの特性図であり、（Ｂ）は、この発明の
プロセスにおける、ビンガム磁性研磨流体の見掛け粘度
の特性図である。

【図８】（Ａ）と（Ｃ）とは、この発明の実施例のい
くつかに従った保持プレートの概略図であり、（Ｂ）と
（Ｄ）とは、この発明のいくつかの実施例に従った加工
部品の概略図である。

【符号の簡単な説明】

１００研磨システム、１１１保持プレート、１１２
研磨流体、１１８磁場、１１９研削粒子。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面を研磨するためのシステムであっ
て、前記システムは、研磨材料と、前記研磨材料と接触する１つ以上の磁気手段とを含み、
前記手段は、前記研磨材料に作用して塑性化させ、それ
により塑性化された材料が前記表面を研磨するために用
いられる、システム。
【請求項２】前記研磨材料は、前記表面と研磨のため
に断続的に、繰返し接触する、請求項１に記載のシステ
ム。
【請求項３】前記１つ以上の磁気手段を断続的に磁化
するための手段を含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】前記１つ以上の磁気手段は、１つ以上の
永久磁石である、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】前記永久磁石は、互い違いの方向に配置
される、請求項４に記載のシステム。
【請求項６】前記断続的に磁化するための手段は、前
記１つ以上の磁気手段に断続的に作用するためのシャト
ルであり、前記磁気手段に作用した場合に磁場を提供さ
せる、請求項３に記載のシステム。
【請求項７】前記１つ以上の磁気手段は、１つ以上の
電磁石である、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】前記１つ以上の電磁石は、交流（ＡＣ）
によって駆動される、請求項７に記載のシステム。
【請求項９】シリンダをさらに含み、前記１つ以上の
磁気手段は前記シリンダの長手軸に沿って配置され、こ
れは前記長手軸に沿って回転可能であり、前記塑性化さ
れた材料は前記シリンダを覆う、請求項１に記載のシス
テム。
【請求項１０】前記１つ以上の磁気手段は、前記シリ
ンダの外側表面とフラッシュである、請求項９に記載の
システム。
【請求項１１】前記１つ以上の磁気手段は、前記シリ
ンダの外側表面から突き出す、請求項９に記載のシステ
ム。
【請求項１２】前記１つ以上の磁気手段は、前記シリ
ンダの外側表面に埋め込まれるように配置される、請求
項９に記載のシステム。
【請求項１３】前記研磨材料の溜まりを保持するため
の容器をさらに含み、前記シリンダの下部は前記溜まり
の中に位置する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１４】前記シリンダは、チューブの配列をさ
らに含み、前記チューブの配列は、前記シリンダの外部
表面上に前記チューブの配列から滲み出させるための前
記研磨材料の供給を含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１５】トリマーをさらに含む、請求項９に記
載のシステム。
【請求項１６】前記磁気手段は、螺旋状パターンを有
する、請求項９に記載のシステム。
【請求項１７】前記シリンダを覆うワイヤメッシュを
さらに含む、請求項９に記載のシステム。
【請求項１８】前記シリンダを覆うメタルウールの繊
維で編んだブランケットをさらに含む、請求項９に記載
のシステム。
【請求項１９】前記ブランケットは、強磁性材料を含
む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】前記ブランケットは、非金属材料を含
む、請求項１８に記載のシステム。
【請求項２１】前記シリンダは、前記シリンダの中心
に同軸に挿入される強磁性マンドレルを含み、前記マン
ドレルの外側表面は、前記磁気手段に接触し、それによ
り前記磁気手段は前記接触の際に磁場をもたらす、請求
項９に記載のシステム。
【請求項２２】前記表面はシリコンウェハである、請
求項１に記載のシステム。
【請求項２３】前記表面は平面である、請求項１に記
載のシステム。
【請求項２４】前記表面は曲面である、請求項１に記
載のシステム。
【請求項２５】前記シリンダは、電磁石の配列を含
む、請求項９に記載のシステム。
【請求項２６】表面を研磨するための方法であって、磁気手段を研磨材料と接触させることにより、前記研磨
材料を塑性化させるステップと、前記表面に、前記塑性化された研磨材料を接触させるス
テップと、前記表面との前記接触の際に、前記塑性化された研磨材
料を液体化させるステップと、前記表面との前記接触を終了させた後で、前記液体化し
た研磨材料を再び塑性化させるステップと、前記表面が研磨されるまで、複数回にわたってすべての
上述のステップを繰返すステップとを含む、方法。
【請求項２７】前記塑性化させるステップは、前記研
磨材料にビンガム性質を獲得させるステップを含む、請
求項２６に記載の方法。
【請求項２８】前記液体化させるステップは、前記研
磨材料にニュートン性質を獲得させるステップを含む、
請求項２６に記載の方法。
【請求項２９】表面を研磨するための方法であって、磁気手段を研磨材料と接触させるステップと、前記磁気手段を断続的に磁化することにより、前記研磨
材料を塑性化させるステップと、前記表面が研磨されるまで、複数回にわたって前記磁気
手段を断続的に磁化するステップを繰返すステップを含
む、方法。
【請求項３０】前記磁気手段を断続的に磁化するステ
ップは、鉄シャトルを前記磁気手段に隣接して動かすス
テップを含む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３１】前記磁気手段を断続的に磁化するステ
ップは、前記手段に断続的に電流を与えるステップを含
む、請求項２９に記載の方法。
【請求項３２】研磨システムであって、研磨材料と、前記研磨材料を塑性化させる磁場を生成することができ
る１つ以上の磁気ユニットとを含み、前記塑性化された
材料は、加工部品の表面を研磨することが可能であり、
システムはさらに前記加工部品の別の面を保持すること
が可能である保持プレートを有するホルダを含む、研磨
システム。
【請求項３３】前記ホルダは、強磁性材料を含む、請
求項３２に記載のシステム。
【請求項３４】前記ホルダは、常磁性材料を含む、請
求項３２に記載のシステム。
【請求項３５】１つ以上の磁石が前記ホルダプレート
内に位置決めされる、請求項３２に記載のシステム。
【請求項３６】前記磁石は、互い違いの方向に配置さ
れる、請求項３５に記載のシステム。
【請求項３７】前記保持プレートの上方に位置決めさ
れる１つ以上の磁石をさらに含む、請求項３２に記載の
システム。
【請求項３８】前記磁石は、互い違いの方向に配置さ
れる、請求項３７に記載のシステム。
【請求項３９】前記保持プレートの表面は、予め定め
られたエッチングされたパターンを含み、それにより研
磨の間に、前記加工部品の前記表面上に整合する浮き出
しパターンが生成される、請求項３２に記載のシステ
ム。
【請求項４０】前記保持プレートは、予め定められた
浮き出しパターンを含み、それにより研磨の間に、前記
加工部品の前記表面上に整合する刻み込まれたパターン
が生成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項４１】前記保持プレートの表面は、予め定め
られた嵌め込みパターンを含み、それにより研磨の間
に、前記加工部品の前記表面上に整合するパターンが生
成される、請求項３２に記載のシステム。
【請求項４２】前記保持プレートの前記表面は、第１
の透磁性を有する第１の材料を含み、前記嵌め込みパタ
ーンは、第２の透磁性を有する第２の材料を含む、請求
項４１に記載のシステム。
【請求項４３】前記第２の透磁性は、前記第１の透磁
性よりも高く、それにより整合するパターンは刻み込ま
れたパターンとなる、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４４】前記第２の透磁性は、前記第１の透磁
性よりも低く、それにより整合するパターンは浮き出し
パターンとなる、請求項４２に記載のシステム。
【請求項４５】前記研磨材料は、研磨のために前記加
工部品の前記表面と断続的に繰返し接触する、請求項３
２に記載のシステム。
【請求項４６】前記１つ以上の磁気ユニットを断続的
に磁化するための手段を含む、請求項３２に記載のシス
テム。
【請求項４７】前記加工部品は、シリコンウェハであ
る、請求項３２に記載のシステム。
【請求項４８】前記加工部品の表面は平面である、請
求項３２に記載のシステム。
【請求項４９】前記加工部品の表面は曲面である、請
求項３２に記載のシステム。
【請求項５０】表面上に、前記表面のマグネトレオロ
ジカル研磨の間に予め定められたパターンを刻み込むス
テップを含む、方法。
【請求項５１】表面に、前記表面のマグネトレオロジ
カル研磨の間に、予め定められたパターンを浮き出すス
テップを含む、方法。
【請求項５２】表面を研磨するための方法であって、液体化した研磨材料を塑性化させるのに十分な磁場を生
成するステップと、加工部品の表面を前記塑性化された研磨材料で研磨し
て、こうして前記塑性化させた研磨材料を液体化させる
ステップと、前記ステップを繰返すステップを含む、方法。
【請求項５３】前記磁場を生成するステップは、１つ以上の電磁石を介して断続的なまたは交流電流を供
給するステップを含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５４】前記磁場を生成するステップは、強磁性シャトルを１つ以上の磁石の下で動かすステップ
を含む、請求項５２に記載の方法。
【請求項５５】磁場を生成する前記ステップは、離散した永久磁石の構成を、前記加工部品に対して動か
すステップを含む、請求項５２に記載の方法。