JP2017533105A - 研磨用物品、及び、化学機械研磨用物品を製造するための統合型のシステムと方法 - Google Patents

研磨用物品、及び、化学機械研磨用物品を製造するための統合型のシステムと方法 Download PDF

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Abstract

研磨用物品製造システムは、送り部、及び、化学機械研磨プロセスのための研磨用物品が巻きつけられている供給ロールを備える巻き取り部と、送り部と巻き取り部との間に配置された複数のプリントヘッドを備える印刷部と、送り部と巻き取り部との間に配置された硬化部であって、熱硬化デバイスと電磁硬化デバイスの一方又は両方を備える硬化部とを、含む。【選択図】図３Ａ

Description

本開示の実施形態は概して、基板又はウエハを化学機械研磨するための装置及び方法に関し、より詳細には、研磨用物品製造システム、及び、化学機械研磨のための研磨パッド又は研磨用物品の製造方法に関する。
関連技術の記載
基板上の集積回路及びその他の電子デバイスの製造においては、導電性材料、半導体材料、及び誘電体材料の多重層が、基板のフィーチャ側に堆積されるか、又は、基板のフィーチャ側から除去される。基板上でのこれらの材料の逐次的な堆積と除去は、フィーチャ側の非平面化を引き起こし、一般的に研磨と称される平坦化プロセスを要しうる。このプロセスでは、概して平坦な、平面の、又は水平な表面を形成するために、既に堆積されている材料が基板のフィーチャ側から除去される。このプロセスは、望ましくない表面の凹凸、並びに、粗面、凝集材料、結晶格子の損傷、及び傷などの表面不具合を、除去することに役立つ。研磨プロセスは、フィーチャを充填するため、並びに、後続の堆積及び処理向けに平坦又は水平な表面を提供するために使用された、堆積材料の余剰分を除去することによって、基板上にフィーチャを形成することにも役立つ。
研磨プロセスの１つは化学機械研磨（ＣＭＰ）として既知であり、化学機械研磨においては、基板が、基板キャリアアセンブリ内に載置され、かつ、移動するプラテンアセンブリに装着された研磨媒体に当接するように、制御可能に付勢される。研磨媒体は、典型的には、研磨用物品又は研磨パッドである。キャリアアセンブリは、移動するプラテンに対する回転移動を提供し、材料の除去は、基板のフィーチャ側と研磨媒体との間の、化学作用、機械的研磨、又は、化学作用と機械的摩擦との組み合わせによって、実現する。
しかし、研磨プロセスは、「目つぶれ（ｇｌａｚｉｎｇ）」、すなわち研磨媒体の研磨面の摩耗をもたらし、これにより、フィルムの除去速度が低下する。研磨媒体の表面は次いで、「粗面化（ｒｏｕｇｈｅｎｅｄ）」されるか、又は、研磨面を復元するよう調整される。これにより、局所的な流体輸送が強化され、かつ、除去速度が向上する。典型的には、ミクロンサイズの工業用ダイヤモンドなどの研磨材でコーティングされた調整ディスクを用いて、２つのウエハの研磨と研磨の間に、又は、ウエハの研磨と並行して、調整が実施される。調整ディスクは、回転しながら媒体の表面に押し付けられ、研磨媒体の表面を機械的に切削する。しかし、調整ディスクの回転、及び／又は、調整ディスクに印加される押下力は制御されるものの、切削作用は比較的雑なものであり、研磨材が研磨面に均一に食い込まないことがある。これにより、研磨媒体の研磨面全体にわたる、表面粗さの差異が発生する。調整ディスクの切削作用の制御は容易ではないことから、媒体の寿命は短くなりうる。更に、調整ディスクの切削作用は時に、パッドデブリを伴って、研磨面に大きな凹凸を発生させる。研磨プロセスにおいて凹凸は有利であるが、この凹凸が研磨中に潰れることがあり、これにより、切削作用によるパッドデブリを伴って基板の不具合の要因となる、デブリが発生する。
研磨用物品の研磨面に作用するその他の多数の方法及びシステムが、研磨面の均一な調整の提供を試みるために実施されてきた。しかし、デバイス及びシステムの制御（様々な測定基準の中でも特に、例えば切削作用や押下力）は、依然として満足のいくものではなく、研磨媒体自体の特性により、思うように進んでいないかもしれない。例えば、パッド媒体の硬度及び／又は密度などの特性は、不均一になることがあり、このことが、研磨面のいくつかの部分を、それ以外の部分と比べてより積極的に調整することにつながる。
したがって、均一な研磨及び調整を容易にする特性を有する研磨用物品が、必要とされている。
本開示の実施形態は概して、基板又はウエハを化学機械研磨するための装置及び方法に関し、より詳細には、研磨用物品、研磨用物品製造システム、及び、化学機械研磨のための研磨用物品の製造方法に関する。
一実施形態では、研磨用物品製造システムは、送り部、及び、化学機械研磨プロセスのための研磨用物品が巻きつけられている供給ロールを備える巻き取り部と、送り部と巻き取り部との間に配置された複数のプリントヘッドを備える印刷部と、送り部と巻き取り部との間に配置された硬化部であって、熱硬化デバイスと電磁硬化デバイスの一方又は両方を備える硬化部とを、含む。
別の実施形態では、研磨用物品が提供され、この研磨用物品は複合パッド本体を含む。複合パッド本体は、研磨面を形成する複数の研磨フィーチャであって、第１材料で形成されている、複数の研磨フィーチャと、第２材料で形成された一又は複数のベースフィーチャとを含み、一又は複数のベースフィーチャは、複数の研磨フィーチャを囲んで一体化しており、第１材料は前記第２材料の硬度よりも高い硬度を有する。
別の実施形態では、化学機械研磨プロセスのための交換用供給ロールが提供され、この交換用供給ロールは、研磨用物品が巻き付けられているロッドを含む。研磨用物品は、複合パッド本体であって、研磨面を形成する複数の研磨フィーチャであって、第１材料で形成されている、複数の研磨フィーチャと、第２材料で形成された一又は複数のベースフィーチャとを備え、一又は複数のベースフィーチャは、複数の研磨フィーチャを囲んで一体型の本体を形成しており、第１材料は第２材料の硬度よりも高い硬度を有する、複合パッド本体を含む。
本開示の上述の特徴を詳細に理解しうるように、上記で簡単に要約されている本開示のより具体的な説明が、実施形態を参照することによって得られる。一部の実施形態は付随する図面に示されている。しかし、本開示は他の等しく有効な実施形態も許容しうることから、付随する図面はこの開示の典型的な実施形態のみを例示しており、したがって、本開示の範囲を限定すると見なすべきではないことに、留意されたい。
例示的な化学機械研磨モジュールの平面図である。 図１のモジュールの例示的な処理ステーションの断面図である。 ロールツーロールパッド製造システムの一実施形態の概略等角図である。 ロールツーロールパッド製造システムの別の実施形態の概略側面図である。 図３Ａのパッド製造システム、又は図３Ｂのパッド製造システムで使用されうる３Ｄ印刷ステーションの一実施形態の概略断面図である。 図３Ａのパッド製造システム、又は図３Ｂのパッド製造システムで使用されうる３Ｄ印刷ステーションの一実施形態の概略断面図である。 図５Ａは研磨用物品アセンブリの一実施形態の上面図であり、 図５Ｂは、図５Ａに示す研磨用物品アセンブリの一部分の拡大等角図である。 図６Ａは研磨用物品アセンブリの別の実施形態の上面図であり、 図６Ｂは、図６Ａの研磨用物品アセンブリの一部分の拡大等角図である。 図７Ａは研磨用物品アセンブリの別の実施形態の上面図であり、 図７Ｂは、図６Ａに示す研磨用物品アセンブリの一部分の拡大等角図である。 本開示の別の実施形態による研磨用物品の概略的な透視断面図である。 観察窓を有する研磨用物品という別の実施形態の概略的な透視断面図である。 バッキング層を含む研磨用物品という別の実施形態の概略断面図である。 図１１は複数のゾーンを有する研磨用物品という別の実施形態の概略断面図であり、図１２は、図１１の研磨用物品の部分拡大断面図である。
理解を容易にするために、可能な場合には、複数の図に共通する同一の要素を指し示すために共通の文言を使用した。一実施形態で開示されている要素は、具体的な記述がなくとも、それ以外の実施形態に有益に利用されうると想定される。
図１には研磨モジュール１０６の平面図が描かれており、研磨モジュール１０６は、カリフォルニア州Ｓａｎｔａ Ｃｌａｒａに所在するＡｐｐｌｉｅｄ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ， Ｉｎｃ．が製造する、ＲＥＦＬＥＸＩＯＮ(R) Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｅｒの一部分である。本書に記載の実施形態は、この研磨システムで使用されうる。しかし当業者は、有利には、本書で教示され、本書に記載されている実施形態を、研磨材料、特にロール形態の研磨材料を利用する、他の製造業者によって作製される他の化学機械研磨装置で用いられるよう、適合させうる。
研磨モジュール１０６は一般的に、搬入ロボット１０４と、コントローラ１０８と、移送ステーション１３６と、プラテンアセンブリ１３２などの複数の処理ステーション又は研磨ステーションと、ベース１４０と、複数の研磨ヘッド又はキャリアヘッド１５２（図１には１つだけ示されている）を支持するカルーセル１３４とを、備える。一般的に、搬入ロボット１０４は、研磨モジュール１０６とファクトリインターフェース１０２（図示せず）との間での基板１２２の移送を容易にするために、それらの近位に配置される。
移送ステーション１３６は一般的に、移送ロボット１４６と、投入バッファ１４２と、排出バッファ１４４と、ロードカップアセンブリ１４８とを、含む。投入バッファステーション１４２は、搬入ロボット１０４から基板１２２を受容する。移送ロボット１４６が、投入バッファステーション１４２からロードカップアセンブリ１４８へと基板１２２を移動させ、ロードカップアセンブリ１４８において、基板１２２はキャリアヘッド１５２に移されうる。
上述の研磨モジュール１０６の制御を容易にするために、コントローラ１０８は、中央処理装置（ＣＰＵ）１１０と、サポート回路１４６と、メモリ１１２とを備える。ＣＰＵ１１０は、様々な研磨装置、ドライバ、ロボット、及びサブプロセッサを制御するために工業環境で使用可能な、任意の形態のコンピュータプロセッサの１つでありうる。メモリ１１２は、ＣＰＵ１１０に接続される。メモリ１１２又はコンピュータ可読媒体は、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、読取専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、或いは、その他の、ローカル又は遠隔の任意の形態のデジタルストレージといった、容易に入手可能なメモリのうちの一又は複数でありうる。サポート回路１１４は、従来型の様態でプロセッサをサポートするように、ＣＰＵ１１０に接続される。上記の回路は、キャッシュ、電源、クロック回路、入出力回路、サブシステムなどを含む。
一般的に、カルーセル１３４は複数のアーム１５０を有し、複数のアーム１５０はそれぞれ、キャリアヘッド１５２のうちの１つを支持する。図１に描かれているアーム１５０のうちの２つは、移送ステーション、及び、プラテンアセンブリ１３２のうちの１つの上に配置された平坦化用物品又は研磨用物品１２３が視認できるように、透視画法で示されている。カルーセル１３４は、プラテンアセンブリ１３２と移送ステーション１３６との間でキャリアヘッド１５２が移動しうるように、割り出し可能（ｉｎｄｅｘａｂｌｅ）である。
典型的には、化学機械研磨プロセスは、プラテンアセンブリ１３２上に支持されている研磨用物品１２３に対して、キャリアヘッド１４２に保持された基板１２２を移動させることによって、各プラテンアセンブリ１３２において実施される。研磨用物品１２３は、滑らかな表面、テクスチャ加工された（ｔｅｘｔｕｒｅｄ）表面、研磨材を含有する表面、又はそれらの組み合わせを有しうる。加えて、研磨用物品１２３は、研磨面の端から端まで進みうるか、又は、研磨面に取り外し可能に固定されうる。典型的には研磨用物品１２３は、真空、機械的クランプ、又は他の保持方法によって、プラテンアセンブリ１３２に取り外し可能に固定される。
研磨用物品１２３の実施形態は、本書に記載の実施形態による三次元（３Ｄ）印刷プロセスで作り出されるポリマー材料を含みうる。研磨用物品１２３は、ナノサイズのフィーチャ（例えば、約１０ナノメートル〜約２００ナノメートルのサイズを有するポリマーマトリクスの中の粒子、及び／或いは、離散領域又は離散ドメイン）を含みうる。研磨プロセスは、基板１２２の研磨を支援するために流体ノズル１５４によってパッド表面に供給される、研磨材粒子を含有するスラリを利用しうる。流体ノズル１５４は、図示しているようにプラテンアセンブリ１３２がない位置へ、及び、プラテンアセンブリ１３２の各々の上方の位置へと、図示されている方向に回転しうる。
本書で説明している３Ｄ印刷は、様々な３Ｄ堆積又は３Ｄ印刷のプロセスの中でも特に、ポリジェット堆積、インクジェット印刷、熱溶解積層（ｆｕｓｅｄ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ｍｏｄｅｌｉｎｇ）、バインダ噴射、粉末ベッド溶解、選択的レーザ焼結、ステレオリソグラフィ、バット光重合デジタルライト処理、シート積層、指向性エネルギー堆積を含むが、それらに限定されるわけではない。
図２には、プラテンアセンブリ１３２と、例示的な供給アセンブリ２０６及び巻き取りアセンブリ２０８との側面図が描かれており、研磨用物品１２３の、プラテン２３０に差し渡された部分を示している。一般的に、供給アセンブリ２０６は、供給ロール２５４と、プラテンアセンブリ１３２の両側壁２１８の間に配置されている、上部ガイド部材２０４及び下部ガイド部材２０５とを含む。研磨用物品１２３は、チューブ状部材又はダウエル（ｄｏｗｅｌ）でありうるロッド２５５の周囲に巻き付けられうる。一般的に、巻き取りアセンブリ２０８は、巻き取りロール２５２と、両側壁２１８の間にいずれも配置されている、上部ガイド部材２１４及び下部ガイド部材２１６とを含む。巻き取りロール２５２は一般的に、研磨用物品１２３の使用済み部分を有し、巻き取りロール２５２が使用済みの研磨用物品１２３でいっぱいになったら空の巻き取りロールと容易に交換できるように、構成される。上部ガイド部材２１４は、プラテン２３０から下部ガイド部材２１６へと研磨用物品１２３を導くよう配置される。下部ガイド部材２１６は、研磨用物品１２３を巻き取りロール２５２上へと導く。プラテンアセンブリ１３２は、基板に実施される平坦化プロセス又は研磨プロセスの終点を検出するための光信号を送受信するよう適合した、レーザなどの光感知デバイス２２０も備えうる。
供給ロール２５４は一般的に、研磨用物品１２３の未使用部分を有し、供給ロール２５４上に配置された研磨用物品１２３が研磨プロセス又は平坦化プロセスによって消費されたら新たな研磨用物品１２３を有する別の供給ロール２５４と容易に交換できるように、構成される。一部の実施形態では、供給ロール２５４と巻き取りロール２５２との間に配置されている研磨用物品１２３の上面２２１に向けて電磁エネルギー２１５を当てるために、エネルギー源２１２が配置されうる。電磁エネルギー２１５は、エネルギーのビーム又はフラッドの形態であってよく、研磨用物品１２３の上面２２１の離散領域と選択的に相互作用（すなわち、切除及び／又は加熱）するために、使用されうる。電磁エネルギー２１５は、一又は複数の電子ビーム、一又は複数のレーザービーム、及びそれらの組み合わせでありうる。電磁エネルギー２１５は、研磨プロセスの前、研磨プロセス中、又は研磨プロセス後に、研磨用物品１２３の上面２２１を調整するために使用されうる。一部の実施形態では、電磁エネルギー２１５は、研磨プロセスを微調整するために、研磨中に研磨用物品１２３の上面２２１を調整するのに利用される。
研磨用物品１２３の上面２２１は一般的に、バッキングパッドアセンブリ２２６の端から端まで、Ｘ方向に、研磨用物品１２３を制御可能に進ませるよう構成される。研磨用物品１２３は一般的に、供給アセンブリ２０６に連結されたモータ２２２と、巻き取りアセンブリ２０８に連結されたモータ２２４との間で力のバランスを取ることで、プラテン２３０に対して移動する。ラチェット機構及び／又はブレーキシステム（図示せず）が、バッキングパッドアセンブリ２２６に対して研磨用物品１２３を留め置くために、供給アセンブリ２０６と巻き取りアセンブリ２０８の一方又は両方に連結されうる。プラテン２３０は、Ｘ方向及び／又はＹ方向に概して直角な回転軸の周囲でプラテンアセンブリ１３２を回転させる回転アクチュエータ２２８に、動作可能に連結されうる。真空システム２３２が、アクチュエータ２２８とバッキングパッドアセンブリ２２６との間に連結されうる。真空システム２３２は、プラテン２３０上に研磨用物品１２３の位置を定めるために使用されうる。真空システム２３２は、バッキングパッドアセンブリ２２６の下に配置されたプレート２３６内に形成された、チャネル２３４を含みうる。バッキングパッドアセンブリ２２６は、サブパッド２３８及びサブプレート２４０であって、各々がそれらを貫通して形成された開口２４２を有し、開口２４２はチャネル２３４及び真空源２４４と流体連通している、サブパッド２３８及びサブプレート２４０とを含みうる。サブパッド２３８は、典型的には、ポリカーボネートなどのプラスチックであるか、又は、ポリウレタンで形成される。一般的に、サブパッド２３８の硬度又はデュロメータ（ｄｕｒｏｍｅｔｅｒ）は、特定の研磨結果を発生させるよう選ばれうる。サブパッド２３８は一般的に、基板の全体的な平坦化を促進するために、研磨用物品１２３の上面２２１を、基板（図示せず）の平面に平行な平面に維持する。サブプレート２４０は、サブパッド２３８の上面が、プラテン２３０の上面２６０に概して平行に維持されるように、サブパッド２３８とプラテン２３０の底部との間に配置される。
図３Ａは、図２のプラテンアセンブリ１３２で使用されうる研磨用物品１２３を作るための、パッド製造システム３００Ａの一実施形態の概略等角図である。一実施形態では、パッド製造システム３００Ａは一般的に、送り部３０２と、印刷部３０４と、硬化部３０６と、パッド巻き取り部３０８とを含む。パッド製造システム３００Ａは、少なくとも２つのローラ３１４の間に配置されたウェブ３１２を含むコンベヤ３１０も含む。ローラ３１４の一方又は両方は、Ａと表示された矢印で図示された方向にローラ３１４及び／又はウェブ３１２を回転させる、駆動モータ３１５に連結されうる。送り部３０２、印刷部３０４、硬化部３０６、及びパッド巻き取り部３０８は、コントローラ３１１に動作可能に連結されうる。コンベヤ３１０は、コントローラ３１１によって、連続的又は断続的に動くよう動作しうる。
送り部３０２は、コンベヤ３１０に動作可能に連結されている、供給ロール３１６を含みうる。供給ロール３１６は、ポリマー材料、例えば二軸配向性ポリエチレンテレフタレート（ＢｏＰＥＴ）材料などの、バッキング材料３１７でありうる。供給ロール３１６は、運動制御デバイス３２０によって駆動されるか又は制御される送りローラ３１８に、配置されうる。運動制御デバイス３２０は、供給ロール３１６の引き出しスピードが駆動モータ３１５及び／又はウェブ３１２によって操作されるように、供給ロール３１６に所定の張力を提供するモータであってよく、かつ／又は、かかるブレーキシステムを含みうる。送り部３０２は、事前処理デバイス３２２も含みうる。事前処理デバイス３２２は、印刷部３０４での印刷に先立って、バッキング材料３１７上にコーティングを噴霧するか、さもなければ提供するよう、構成されうる。一部の実施形態では、事前処理デバイス３２２は、印刷部３０４での印刷に先立って、バッキング材料３１７を加熱するために利用されうる。
印刷部３０４は、送り部３０２の下流に配置された３Ｄ印刷ステーション３２４を含む。印刷部３０４は、一又は複数のプリントヘッド３２７を利用して、バッキング材料３１７上にパターニングされた表面３２８を提供する。印刷部３０４は、バッキング材料３１７及びウェブ３１２に対してプリントヘッド３２７を移動させるために利用されうる運動制御デバイス３３２に連結されている、可動プラットフォーム３３０を含みうる。
プリントヘッド３２７は、パターニングされた表面３２８を形成するために使用されうる印刷材料を有する、材料源３２５に連結されうる。印刷材料は、ポリウレタン、ポリカーボネート、フルオロポリマー、ＰＴＦＥ、ＰＴＦＡ、ポリフェニレンサルファルド（ＰＰＳ）、又はそれらの組み合わせといった、ポリマー材料を含みうる。例としては、ポリビニルアルコール、ペクチン、ポリビニルピロリドン、ヒドロキシエチルセルロース、メチルセルロース、ヒドロプロピルメチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、ポリアクリル酸、ポリアクリルアミド、ポリエチレングリコール、ポリヒドロキシエーテルアクリライト、でんぷん、マレイン酸共重合体、ポリエチレンオキシド、ポリウレタン、及びそれらの組み合わせも含まれる。
一実施形態では、ポリマー材料は、バッキング材料３１７上に、ベース材料として堆積されうる。形成されたポリマー材料は、開孔型又は閉孔型のポリウレタン材料を含んでよく、その内部に散在したナノスケール粒子を含みうる。この粒子は、有機ナノ粒子を含みうる。一実施形態では、ナノ粒子は、分子環又は元素環、及び／或いはナノ構造を含みうる。例としては、カーボンナノチューブ及びその他の構造や、５つの結合を有する（五方）、６つの結合を有する（六方）、又は６を上回る数の結合を有する分子炭素環などの、炭素（Ｃ）の同素体が含まれる。他の例には、フラーレン様超分子が含まれる。別の実施形態では、ナノスケール粒子は、セラミック材料、アルミナ、ガラス（例えば二酸化ケイ素（ＳｉＯ２））、及び、それらの組み合わせ又は誘導体でありうる。別の実施形態では、ナノスケール粒子は、様々な酸化物の中でも特に、チタン（ＩＶ）酸化物又は二酸化チタン（ＴｉＯ２）、ジルコニウム（ＩＶ）酸化物又は二酸化ジルコニウム（ＺｒＯ２）、それらの組み合わせ、及びそれらの誘導体といった、金属酸化物を含みうる。
プリントヘッド３２７によって形成された、パターニングされた表面３２８は、ウレタン、メラミン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリビニルアセテート、フッ化炭化水素などで形成されうるポリマーマトリクス、並びに、その混合物、共重合体、及びグラフト鎖といった、複合ベース材料を含みうる。一実施形態では、ポリマーマトリクスは、ポリエーテル系液体ウレタンで形成されうるウレタンポリマーを含む。液体ウレタンは、多官能価アミン、ジアミン、トリアミン、或いは、硬化されると尿素結合と架橋されたポリマーネットワークとを形成するウレタン／尿素架橋された組成物中のヒドロキシ／アミンなどの、多官能価ヒドロキシル化合物又は混合官能性化合物と、反応しうる。
硬化部３０６は、ハウジング３３４の内側又は外側に配置されうる、硬化デバイス３３３を含む。ハウジング３３４は、ウェブ３１２、及び、バッキング材料３１７上のパターニングされた表面３２８とその下を通りうるように、ウェブ３１２の上方に配置される。硬化デバイス３３３は、熱炉、紫外（ＵＶ）光放出器、又はそれらの組み合わせでありうる。一実施形態では、硬化デバイス３３３は、プリントヘッド３２７によって堆積された材料を硬化し、パターニングされた表面３２８を形成するために使用されうる、レーザ源３３６と電子ビーム放出器３３８の一方又は両方を含みうる。一部の実施形態では、電子ビーム放出器が利用される場合、パッド製造システム３００Ａは、圧力が制御可能な筐体内に配置されうる。レーザ源３３６及び電子ビーム放出器３３８は、単独で、或いは、熱エネルギー又はＵＶエネルギーと組み合わされて、利用されうる。一部の実施形態では、レーザ源３３６及び電子ビーム放出器３３８は、パターニングされた表面３２８の特定の部分をターゲットとするスポット硬化プロセスにおいて、使用されうる。レーザ源３３６又は電子ビーム放出器３３８によるスポットターゲット設定は、パターニングされた表面３２８の離散領域を加熱して、離散領域の表面をその周辺の部分よりも硬くしうるか、又は、離散領域の表面の圧縮性をその周辺の部分よりも低くしうる。レーザ源３３６は、パターニングされた表面３２８の部分を切除して、表面上に微細なテクスチャを作り出すためにも、使用されうる。
パッド巻き取り部３０８は、研磨用物品１２３が巻かれうる巻き取りロール３４０を含む。巻き取りロール３４０は、パッド製造システム３００Ａから取り外されて、図２のプラテンアセンブリ１３２における供給ロール２５４として利用されうる。製造中に、巻き取りロール３４０は、運動制御デバイス３４２に連結されうる。運動制御デバイス３４２は、巻き取りロール３４０の巻きスピードを制御する、モータであってよく、かつ／又は、かかるブレーキシステムを含みうる。
図３Ｂは、パッド製造システム３００Ｂという別の実施形態の概略側面図である。パッド製造システム３００Ｂは、図３Ａのパッド製造システム３００Ａに類似していることがある、送り部３０２、印刷部３０４、硬化部３０６、及びパッド巻き取り部３０８を有するコンベヤ３１０を含む。しかし、パッド製造システム３００Ｂは、コンベヤ３１０の上方で巻き取りロール３４０へと動くウェブ３１２を制御可能に引き出す、供給ロール３１６を含む。ウェブ３１２は、図３Ａで説明したバッキング材料３１７に類似したバッキング材料でありうる。ウェブ３１２の動き、並びに、コンベヤ３１０及び巻き取りロール３４０は、図３Ａで説明したパッド製造システム３００Ａに類似した運動制御デバイス及びコントローラによって制御されてよく、図３Ｂでは、簡潔にするためにその説明を省略する。
パッド製造システム３００Ｂは、送り部３０２と印刷部３０４との間に配置された、オプションの事前処理部３４４を含む。事前処理部３４４は、ウェブ３１２上に接着層又は剥離層を形成するために使用されうる。代替的には、接着層又は剥離層は、３Ｄ印刷ステーション３２４を使用して、印刷部３０４で形成されうる。事前処理部３４４が使用される場合、スロット／ダイコーター３４６が、ウェブ３１２上に一又は複数の層を堆積させるために使用されうる。加えて、ＵＶ光又は加熱要素を利用する硬化ステーション３４８が、スロット／ダイコーター３４６によって堆積された材料を硬化させるために使用されうる。
この実施形態では、３Ｄ印刷ステーション３２４は、プリントヘッド３２７のアレイを備える。プリントヘッド３２７は、ウェブ３１２上に接着層又は剥離層をオプションで形成するため、並びに、ウェブ３１２上にパターニングされた表面３２８を形成するために、使用されうる。一例では、プリントヘッド３２７の複数の横列及び縦列は、コンベヤ３１０の幅、及び、コンベヤ３１０の長さの一部分の範囲に広がりうる。一部の実施形態では、プリントヘッド３２７のうちの一又は複数は、コンベヤ３１０に対して可動式でありうる。プリントヘッド３２７は、図３Ａで説明したように、材料源３２５に連結されることになる。
硬化部３０６は、オプションの電磁エネルギー源３５０と熱硬化デバイス３５２の一方又は両方を含みうる。電磁エネルギー源３５０は、図３Ａで説明したレーザ源か電磁ビーム放出器の一方、又はそれらの組み合わせでありうる。熱硬化デバイス３５２は、炉又はＵＶ光アレイでありうる。
パッド巻き取り部３０８は、研磨用物品１２３が巻かれうる巻き取りロール３４０を含む。巻き取りロール３４０は、パッド製造システム３００Ａから取り外されて、図２のプラテンアセンブリ１３２における供給ロール２５４として利用されうる。
図４Ａは、図３Ａのパッド製造システム３００Ａ、又は、図３Ｂのパッド製造システム３００Ｂで使用されうる、３Ｄ印刷ステーション３２４の一実施形態の概略断面図である。図４Ａは、３Ｄ印刷プロセスを使用して製造される研磨用物品１２３の一実施形態の一部分を示している。３Ｄ印刷は、研磨層の中の特定の場所に研磨材が埋めこまれている研磨用物品を作り出すための、使いやすく、高度に制御可能なプロセスを供与する。研磨用物品１２３は、図３Ａのバッキング材料３１７、又は図３Ｂのウェブ３１２でありうる支持体４００上に、印刷されうる。
図４Ａを参照するに、研磨用物品１２３の少なくとも研磨層４０５は、３Ｄ印刷プロセスを使用して製造される。この製造プロセスでは、材料の薄層が支持体４００上で漸進的に堆積され、溶解すると同時に、支持体は、Ａで示す矢印に沿って（Ｘ方向に）移動する。例えば、（図３Ａの材料源３２５からの）パッド前駆体材料の液滴４１０が、液滴噴射プリンタ４１５のノズル３２６から噴射されて、複数の層４２０Ａ、４２０Ｂ、及び４２２を形成しうる。上記の層は、パッド前駆体材料を含む固化された材料４２５を形成することが可能であり、上記の層の上に他の層を逐次的に堆積することを可能にする。液滴噴出プリンタ４１５はインクジェットプリンタに類似していることがあるが、インクではなくパッド前駆体材料を使用する。製造中、ノズル３２６がＸ方向とＹ方向の一方又は両方に平行移動しうると同時に、支持体４００は、Ｘ方向に連続的又は断続的に移動する。
一例では、第１層４２０Ａが支持体４００上に、液滴４１０の噴射によって堆積されうる。層４２０Ｂ及び４２２などの後続の層（それらの間の他の層については、簡潔にするために記載しない）は、固化後の第１層４２０Ａ上に堆積可能である。各層が固化した後、次いで、３次元研磨層４０５が完全に製造されるまで、既に堆積されている層の上に新たな層が堆積される。固化は重合によって実現可能である。例えば、パッド前駆体材料の層はモノマーであってよく、このモノマーは、ＵＶ硬化よって又は熱的に、インシトゥ（その場）で重合されることが可能である。パッド前駆体材料は堆積直後に有効に硬化されうるか、又は、パッド前駆体材料の層全体が堆積されてから、この層が一度に硬化されうる。
各層は、コンピュータ３１１に設定されている３Ｄ描画コンピュータプログラムに保存されたパターンに、ノズル３２６によって付着させられうる。各層４２０Ａ、４２０Ｂ、及び４２２は、研磨層４０５の総厚の５０％未満であるか、又はそれを下回りうる。一例では、各層４２０Ａ、４２０Ｂ、及び４２２は、研磨層４０５の総厚の１０％未満、例えば５％未満（研磨層４０５の総厚の約１％未満など）でありうる。一実施形態では、各層の厚さは、約３０ミクロン〜約６０ミクロン、又はそれを下回る厚さを、例えばナノメートル（１〜１００ナノメートル等）、及びピコスケール寸法（ピコスケール（（１０-１２メートル）等）ですらあるオーダーで、含みうる。
支持体４００は、剛性ベース、又は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の層などの可撓性フィルムでありうる。支持体４００がフィルムである場合には、支持体４００は、研磨用物品１２３の一部を形成しうる。例えば、支持体４００は、バッキング材料３１７、又は、バッキング材料３１７と研磨層４０５との間の層でありうる。代替的には、研磨層４０５は支持体４００から取り外すことが可能であり、層４２０Ａ及び４２０Ｂがバッキング層材料を形成しうる。
一部の実施形態では、研磨材粒子は、パッド前駆体材料の液滴４１０中に分散していることがある。研磨材粒子は、層の各々の形成中に、研磨層４０５内に局所的に分配されうる。研磨材粒子の局所的分配は、凝集の最小化を支援しうる。一部の実施形態では、研磨材粒子は、液体熱硬化ポリマー前駆体と事前混合されうる。熱硬化ポリマー前駆体と研磨材粒子との混合物を継続的にかき混ぜることは、インクジェットプリンタで用いられるインクピグメントを均質化させるために使用される装置と同様に、粒子の凝集を防止する。加えて、この混合物を連続的にかき混ぜることで、前駆体材料における研磨材粒子のほぼ均一な分布が確保される。これにより、研磨層全体での粒子のより均一な分布をもたらすことが可能であり、そのことが、研磨均一性の向上につながりうると共に、凝集の回避にも役立ちうる。
事前混合された混合物は、特定のパターンに従って、単一のノズル（例えばノズル３２６）から分配されうる。例えば、事前混合された混合物は、研磨層４０５の厚さ全体にわたり埋めこまれた研磨材粒子が均一に分布している均質的な研磨層４０５を作り出すために、均一に分配されうる。
図４Ｂは、図３Ａのパッド製造システム３００Ａ、又は、図３Ｂのパッド製造システム３００Ｂで使用されうる、３Ｄ印刷ステーション３２４の一実施形態の概略断面図である。図４Ｂでは、３Ｄ印刷プロセスを使用して製造される研磨用物品１２３の別の実施形態の一部分の断面図が図示されている。研磨用物品１２３は、ＣＡＤプログラムからの指令に基づいて溝４５５によって隔てられた複数の構造物４５０を含むよう、液滴噴射プリンタ４１５によって形成される。構造物４５０及び溝４５５が、研磨層４０５を形成しうる。液滴噴射プリンタ４１５によって、研磨用物品１２３と共に副層（ｓｕｂ−ｌａｙｅｒ）４３０も形成されうる。副層４３０は、（図３Ａに示す）バッキング材料３１７でありうる。例えば、副層４３０及び研磨層４０５は、液滴噴射プリンタ４１５によって、連続工程で製造されることもある。副層４３０には、異なる前駆体及び／又は異なる硬化量、例えば、異なるＵＶ放射強度又はＵＶ放射期間を使用することによって、研磨層４０５とは異なる硬度が与えられうる。他の実施形態では、副層４３０は、 従来型のプロセスによって製造されてから、研磨層４０５に固定される。例えば、研磨層４０５は、感圧接着剤などの薄型接着層によって、副層４３０に固定されうる。
図４Ｂでは、ノズル４３５を有するプリントヘッド４３０Ａが、純液体熱硬化ポリマー前駆体を分配するために使用されうる一方、ノズル４３５を有するプリントヘッド４３０Ｂは、研磨材粒子４４５が含有されている、液体熱硬化ポリマー前駆体又は溶融熱可塑性プラスチックに対して使用されうる。研磨材粒子４４５は、研磨用物品１２３上の選択された場所にのみ分配されうる。これらの選択された場所は、集合的に研磨材粒子の所望の印刷パターンを形成しており、液滴噴射プリンタ４１５を制御する電子コントローラ（例えばコントローラ３１１）によって後に読み込まれる、ＣＡＤ適合ファイルとして保存されうる。電子制御信号は次いで、ＣＡＤ適合ファイルによって特定された位置にノズル４３５が平行移動する場合にだけ事前混合された混合物を分配するために、液滴噴射プリンタ４１５に送信される。粒子４４５の例は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレンオキシド（ＰＥＯ）、ゼラチン、キトサン、Ｓｉ３Ｎ４、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）などの中空粒子／ミクロスフェア（サイズは約５ｎｍ〜約５０μｍの）、メソ多孔性ナノ粒子、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）、マクロ多孔性ヒドロゲル、及びエマルジョンミクロスフェアといった、ポロゲンを含みうる。代替的には、共ポロゲンとして塩微粒子（ＮａＣｌ）とＰＥＧとを組み合わせることによって、リーチング技法が用いられうる。
代替的には、液体熱硬化ポリマー前駆体を使用する代わりに、研磨材粒子４４５は溶融熱可塑性プラスチックと事前混合されうる。この実施形態では、研磨材粒子４４５との混合物は、分配に先立って、同様に継続的にかき混ぜられる。混合物が所望の印刷パターンに従って液滴噴射プリンタ４１５から分配された後に、混合物の溶融した部分は冷えて固化し、研磨材粒子４４５が定位置に固定される。この混合物を連続的にかき混ぜることで、前駆体材料における研磨材粒子４４５のほぼ均一な分布が確保される。これにより、研磨層全体での粒子４４５のより均一な分布をもたらすことが可能であり、そのことが、研磨均一性の向上につながりうると共に、凝集を最小化しうる。
液体熱硬化ポリマー前駆体が使用される場合と同様に、熱可塑性プラスチック混合物は、均一に分配されて、研磨層４０５全体にわたる研磨材粒子４４５の均一な分布を発生させうる。代替的には、研磨材粒子を含有する熱可塑性プラスチック混合物は、ＣＡＤ適合ファイルとして保存されており、かつ、液滴噴射プリンタ４１５を駆動させるために使用される電子コントローラによって読み出される、研磨材粒子４４５の所望の印刷パターンに従って、研磨層４０５の選択された場所にのみ分配されうる。
研磨材粒子は、プリントヘッド４３０Ｂに連結されたノズル４３５から懸濁液中の研磨材粒子を分配するのではなく、プリントヘッド４３０Ｂのノズル４３５から粉末形態で直接分配されうる一方、プリントヘッド４３０Ａのノズル４３５は、パッドポリマー前駆体を分配するために使用される。一実施形態では、このポリマー前駆体は、堆積されたポリマー材料に研磨材粒子４４５が分配される前に分配され、この混合物はその後に硬化される。
３Ｄ印刷は、従来型の方法で構築された研磨用物品中に存在すると凝集する傾向がある研磨材粒子４４５、例えばアルミナやセリア等を使用する研磨用物品１２３を構築するために、部分的に役立つが、それ以外の研磨材粒子を分配し、研磨用物品１２３に組み入れるためにも、使用されうる。ゆえに、研磨用物品１２３中に組み入れられた研磨材粒子は、シリカ、セラミック酸化物、金属、及び硬性ポリマーを含みうる。
液滴噴射プリンタ４１５は、固体か、中空コアを有する粒子４４５のいずれかである粒子４４５を堆積させうる。液滴噴射プリンタ４１５は、様々な種類の粒子を分配することもできる。一部の種類の粒子は、ＣＭＰ処理中に化学反応して、研磨用物品１２３の一又は複数の層に所望の変化を発生させうると共に、研磨されている基板との化学反応も発生させる。ＣＭＰ処理中に使用される化学反応の例は、水酸化カリウムと水酸化アンモニウムのうちの一又は複数を伴う、１０〜１４の塩基性ｐＨ範囲内で生じる化学過程、及び、スラリ製造業者によって使用される他の専有的な化学過程を含む。酢酸やクエン酸などの有機酸を伴う、２〜５の酸性ｐＨ範囲内で生じる化学過程も、ＣＭＰ処理において使用される。過酸化水素を伴う酸化反応も、ＣＭＰ処理で使用される化学反応の例である。研磨材粒子４４５は、機械的研磨作用を提供するためにも使用されうる。粒子４４５は、１０ミクロン以下（例えば１ミクロン以下）などの、最大１ミリメートル、又はそれ未満のサイズを有しうる。粒子４４５は種々の形態を有しうる。例えば粒子４４５は、球形、細長形状、又は、ファセット形状でありうる。
３Ｄ印刷手法は、研磨層４０５のパターンにおける厳密な公差を実現すること、及び、層毎印刷手法によって研磨層４０５内に埋めこまれる研磨材粒子４４５の分布における許容誤差を大きくすることを、可能にする。
研磨用物品
図５Ａ及び図５Ｂには、図２のプラテンアセンブリ１３２で使用されうる研磨用物品５００の一実施形態が描かれている。研磨用物品５００の研磨面５０５は、図３Ａ及び図３Ｂのパターニングされた表面３２８を形成する、複数の細片部又はタイル５３２を備える。タイル５３２は、研磨材料５７０内に、又は研磨材料５７０を通って形成された、溝５３０によって隔てられている。研磨材料５７０は、バッキング材料５２２などのキャリアフィルムに付着していることがある。一実施形態では、少なくとも研磨面５０５は、図３Ａから図４Ｂで説明した３Ｄ印刷プロセスによって製造されうる。研磨面５０５は、ＣＭＰプロセスで使用される化学的要素及び物理的要素に対する耐性で選ばれる適切な接着剤３１９によって、バッキング材料５２２に接合されうる。一部の実施形態では、バッキング材料５２２と接着剤３１９の一方又は両方が、図３Ａから図４Ｂで説明した３Ｄ印刷プロセスによって製造されうる。
複数のタイル５３２の各々は、研磨材料５７０内に研磨材料５７０の厚さを下回る深さに溝５３０を形成することによって、別のタイル５３２につながりうる。溝５３０の深さは、研磨材料５７０の可撓性を許容しつつ全体性を維持するよう、選択されうる。図５Ａ及び図５Ｂに描かれた実施形態では、溝５３０及びタイル５３２は、実質的に、機械直交方向に平行であり、すなわち、供給及び巻き取りのロール方向を横断している。溝５３０は、スラリの保持及び基板表面への供給を強化しうる、チャネルを形成する。溝５３０は研磨材料５７０の表面張力を緩和させるためにも使用される。これにより、柔軟性が付加されて、研磨用物品５００を供給ロールから引き出し、巻き取りロールに巻き付けることが容易になりうる。
図５Ａに示す実施形態では、タイル５３２は実質的に長方形であり、その長さは実質的に、バッキング材料５２２の機械直交幅である。バッキング材料５２２の機械直交幅の実質的に半分の長さに形成された２つの実質的に長方形のタイル５３２などの、他の実施形態も想定される。一実施形態では、タイル５３２は、研磨用物品５００が光放射又は磁気放射の透過部分５３６を伴って製造されるように、形成されうる。透過部分５３６は、研磨用物品５００の（機械方向の）長さに沿って形成されうる。光感知デバイス２２０（図２に示す）によって放出される光放射又は磁気放射を同様に透過させるバッキング材料５２２が、終点検出を容易にするために使用されうる。タイル５３２の幅、すなわち、長さに対して実質的に垂直な寸法は、任意の寸法に形成されうる。一例としては、タイル５３２は、約１インチ以下の幅を有しうる。
一部の実施形態では、研磨材料５７０は、第２材料５２０の内部に配置された第１材料５１５といった、複合材料を含む。第２材料５２０はポリマーマトリクスであってよく、第１材料５１５は、一実施形態においては、第１材料５１５に混合される微量要素でありうる。微小要素は、ポリマー材料、金属材料、セラミック材料、又はそれらの組み合わせでありうる。微量要素の少なくとも一部の平均径は約１０ナノメートルでありうる。ただし、１０ナノメートルよりも大きい又は小さい直径も使用されうる。微量要素は、その平均径が、実質的に同じか、或いは、種々のサイズ又は種々のサイズの混合を有して変動してよく、かつ、所望に応じてポリマーマトリクスに含浸されうる。微量要素の各々は、約０．１ミクロン〜約１００ミクロンの平均距離を隔てて離間しうる。微小要素は、ポリマーベース材料全体を通じて、実質的に均一に分布しうる。
第１材料５１５は、第２材料５２０と比較すると、エネルギー源２１２（図２に示す）からのエネルギーの一又は複数のビームなどの、磁気エネルギーとの反応性が異なりうる。この異なる反応性が、研磨面５０５上にマイクロテクスチャを形成するために使用されうる。第１材料５１５と第２材料５２０との間で異なるこの反応性は、第１材料５１５が第２材料５２０よりも速い速度で研磨されること、又はその逆を、もたらしうる。ポリマー微量要素は、研磨用物品５００の研磨面５０５の中にミクロンサイズ又はナノサイズのドメインを形成する、ミクロンサイズ又はナノサイズにサイズ決定された材料でありうる。微小要素の各々は、約１５０ミクロン〜約１０ミクロン未満、又はそれを下回る平均径を含みうる。
図６Ａ及び図６Ｂには、図２のプラテンアセンブリ１３２で使用されうる、研磨用物品６００という別の実施形態が描かれている。研磨用物品６００は、図３Ａ及び図３Ｂのパターニングされた表面３２８を形成する研磨面６０５を有する。研磨面６０５は、研磨材料６７０内に、又は研磨材料６７０を通って形成された、隣接する端から端までの溝６３０によって隔てられ、かつ、バッキング材料５２２に付着した、複数の細片部又はタイル６３２を備える。この実施形態では、研磨材料５７０は、その中に混入された、図４Ｂで説明した複数の粒子４４５を含む。複数の細片部又はタイル６３２の各々は、研磨材料６７０内に、研磨材料６７０の厚さを下回る深さに溝６３０の各々を形成することによって、互いにつながりうる。溝６３０の深さは、研磨材料６７０の可撓性を許容しつつ全体性を維持するよう、選択されうる。代替的には、研磨材料６７０は、バッキング材料５２２を必要としないロール形態における移動を容易にする弾性率又は他の機械的属性を、示しうる。この実施形態では、複数のタイル４３２は、複数の溝によって形成され、接着剤３１９及びバッキング材料５２２がないロール形態で使用されうる。別の代替例としては、研磨材料５７０は、隔てられているか、又は離散しており、かつ、適切な接着剤５１９によってバッキング材料５２２に接合しているタイル６３２を、溝６３０が形成するように、形成されうる。図示されている実施形態では、研磨用物品６００は、スラリの保持及び基板への供給を支援し、研磨用物品６００の可撓性を強化するために付加される、対応する横方向の溝６３５を有する。
タイル６３２は、効率的な研磨を容易にする、任意の形及び寸法でありうる。一実施形態では、タイル６３２は、研磨用物品６００が光放射又は磁気放射の透過部分６３６を伴って製造されるように、形成されうる。透過部分６３６は、研磨用物品６００の（機械方向の）長さに沿って形成されうる。光感知デバイス２２０（図２）によって放出される光放射は磁気放射を同様に透過させるバッキング材料５２２が、終点検出を容易にするために使用されうる。
図７Ａ及び図７Ｂには、図２のプラテンアセンブリ１３２で使用されうる研磨用物品７００という別の実施形態が描かれている。研磨用物品７００は、図３Ａ及び図３Ｂのパターニングされた表面３２８を形成する研磨面７０５を有する。研磨面７０５は、研磨材料５７０内に形成された複数のポア７３２を含む。研磨材料５７０は、ＣＭＰプロセスで使用される化学的要素及び物理的要素に対する耐性で選ばれる適切な接着剤５１９によって、バッキング材料５２２に接合されうる。研磨用物品１２３内のポア７３２は、実質的に円形又は楕円形であるが、円錐、又は、中空の円錐台、すなわち実質的に平行な２平面間の円錐といった、他の環状の幾何形状を含みうる。他の実施形態においてと同様に、横方向部分７３６は、光感知デバイス２２０（図２）による基板のモニタリングを可能にするよう、透過性でありうる。
一実施形態では、ポア７３２は、スラリの保持を強化し、研磨用物品７００の巻きを支援するようサイズ決定され、かつ／又は離間している、中空（すなわち空間）でありうる。他の実施形態では、ポア７３２は、研磨材料５７０（第２材料７１２）とは異なる第１材料７１０で、少なくとも部分的に充填されうる。第１材料７１０は、第２材料７１２と比較すると、硬化方法に対する反応性が異なっている、ポリマー材料でありうる。例えば、第２材料７１２はＵＶエネルギーで硬化可能でありうるが、第１材料７１０は、ＵＶエネルギーによる影響をあまり受けない。しかし第１材料７１０は、一実施形態では、熱的に硬化されうる。一実施形態では、研磨用物品７００は、第１材料７１０と第２材料７１２とを使用して、別様に硬化されうる。別様な硬化の一例では、研磨用物品７００の第１材料７１及び第２材料７１２が、第１材料７１０を硬化させないＵＶエネルギーで硬化されうる。これにより、第２材料７１２は第１材料７１０よりも硬くなりうる。第１材料７１０は第２材料７１２よりも粘性が高くなることから、第１材料７１０が、研磨用物品７００に圧縮性及び／又は可撓性を付加しうる。
一実施形態では、第１材料７１０は、熱的に硬化されて、第１材料７１０を内部に有するポア７３２をより固くするが、第２材料７１２よりは柔らかく、圧縮性が高い。別の実施形態では、ポア７３２内の第１材料７１０は、基板研磨プロセス中に摩擦によって発生する熱によって、熱的に硬化される。この実施形態では、第１材料７１０は、硬化されて第２材料７１２よりも硬くなり、ひいては、周辺の第２材料７１２よりも硬い、研磨面７０５上のドメインを形成しうる。
他の実施形態では、第１材料７１０は、第２材料７１２と比較すると、エネルギー源２１２（図２に示す）からのエネルギーの一又は複数のビームなどの、磁気エネルギーとの反応性が異なりうる。この異なる反応性が、研磨面７０５上にマイクロテクスチャを形成するために使用されうる。第１材料７１０と第２材料７１２との間で異なるこの反応性は、第１材料７１０が第２材料７１２よりも速い速度で研磨されること、又はその逆を、もたらしうる。ポア７３２は、研磨用物品７００の研磨面７０５の中にミクロンサイズ又はナノサイズのドメインを形成する、ミクロンサイズ又はナノサイズにサイズ決定された材料でありうる。一実施形態では、ポア７３２は、約１５０ミクロン〜約１０ミクロン未満、又はそれを下回る平均径を含みうる。
研磨用物品１２３、５００、６００、又は７００の上記の実施形態では、バッキング材料３１７又は５２２は、３Ｄ印刷プロセスによって、又は、３Ｄ印刷プロセスにおけるベース材料として形成されうる、ポリエステルフィルム、例えば二軸配向性ポリエチレンテレフタレート又はポリエチレンテレフタレートなどの、プラスチック材料である。バッキング材料３１７又は５２２は、約０．００２インチ（５０．８μｍ）〜約０．０１２インチ（３０４．８μｍ）、例えば約０．００４インチ（１０１．６μｍ）の厚さで、提供されうる。パターニングされた表面３２８及び研磨材料５７０、６７０、又は７７０は、ショアＤスケールで約２０〜８０の範囲内の硬度を有するポリマー材料でありうる。一実施形態では、研磨用物品１２３の厚さは、約０．０１９インチ（４８２．６μｍ）から約０．０６０インチ（１，５２４μｍ）までである。
図８は、図２のプラテンアセンブリ１３２で研磨用物品１２３として使用されうる研磨用物品８００の概略的な透視断面図である。研磨用物品８００は、硬性フィーチャ８０４が混入された軟性材料で形成されたベース材料層でありうる、複合パッド本体８０２を含む。複合パッド本体８０２は、３Ｄ印刷によって形成されうる。複数の盛り上がったフィーチャ８０６は、硬性フィーチャ８０４を少なくとも部分的に囲んでいる、軟性材料８０５の一又は複数の層を含みうる。一実施形態では、硬性フィーチャ８０４は、約４０ショアＤスケール〜約９０ショアＤスケールの硬度を有しうる。軟性材料８０５、並びに複合パッド本体８０２の残部は、約２６ショアＡスケールから約９５ショアＡスケールまでの硬度値を有しうる。
複合パッド本体８０２は複数の層を含み、各層は、３Ｄプリンタによって堆積されうる、軟性材料８０５の第１材料領域と、硬性フィーチャ８０４の第２材料領域とを含む。複数の層は次いで、例えば、ＵＶ光によって、熱源によって、又は電磁エネルギーによって硬化されて、固化し、所望の硬度に到達しうる。堆積及び硬化の後に、硬性フィーチャ８０４及び軟性材料８０５は、１つにまとめられて、一体型の複合パッド本体８０２を形成する。
軟性材料８０５が低い硬度値と低いヤング率の値とを有する第１材料で形成されうる一方、硬性フィーチャ８０４は、高い高度値と高いヤング率の値を有する第２材料で形成されうる。
硬性フィーチャ８０４は、ポリマー材料（例えば、ポリウレタン、アクリレート、エポキシ、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリエーテルイミド、ポリアミド、メラミン、ポリエステル、ポリスルホン、ポリビニルアセテート、フッ化炭化水素など）、及びその混合物、共重合体、及びグラフト鎖で、形成されうる。一実施形態では、硬性フィーチャは、ポリエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニルスルホン（ＰＰＳ）、ポリオキシメチレン（ＰＯＭ）等といった、模擬（ｓｉｍｕｌａｔｉｎｇ）プラスチック３Ｄ印刷材料で形成されうる。硬性フィーチャは、硬性フィーチャになるよう操作されうる前駆体材料及び／又はウレタンによっても、もたらされうる。一実施形態では、研磨材粒子は、研磨を強化するために、硬性フィーチャ６０４内に埋め込まれうる。研磨材粒子は、セリア、アルミナ、シリカ、又はそれらの組み合わせなどの金属酸化物、重合体、金属間化合物、或いはセラミックでありうる。
軟性材料８０５は、エラストマ材料、例えばポリウレタンエラストマで形成されうる。一実施形態では、軟性材料８０５は、ポリブタジエン、イソプレン、クロロプレン、ＥＰＤＭなどといった、ゴム様３Ｄ印刷材料で形成されうる。弾性特性は、ゴム状になって弾性特性を提供するよう操作されうる前駆体材料及び／又はウレタンによっても、提供されうる。
一実施形態では、盛り上がったフィーチャ８０６は、直線的なパターン、長方形のパターン、或いは、同心リング又は線状のパターンでありうる。溝８１８が、盛り上がったフィーチャ８０６の間に形成される。研磨中に、盛り上がったフィーチャ８０６の上面８０８が、基板と接するパターニングされた表面２５１になると共に、溝８１８は研磨流体を保持する。
一実施形態では、盛り上がったフィーチャ８０６の幅は、約２５０ミクロン〜約２ミリメートルでありうる。盛り上がったフィーチャ８０６の間のピッチは、約０．５ミリメートル〜約５ミリメートルでありうる。盛り上がったフィーチャ８０６の各々は、約２５０ミクロン〜約２ミリメートルの幅を有してよく、同じピッチを含みうるか、又は、この幅及び／又はピッチが研磨用物品８００の半径全体において変動して、硬度が異なる複数のゾーンを提供しうる。
本開示の複合研磨用物品８００は、他の研磨用物品と比較して、いくつかの利点を有している。従来型の研磨用物品は一般的に、基板を研磨するための所望の硬度又はヤング率を得るために、テクスチャ加工された研磨面、及び／又は、泡状物質などの軟性材料で形成されたサブパッドによって支持された研磨材料を有する、研磨層を含む。３Ｄ印刷を使用することで、様々なヤング率の材料を選択するか、フィーチャの寸法を調節するか、又は、種々のフィーチャの配置を変動させることによって、サブパッドを使用することなく、複合パッド本体８０２において望ましい硬度又はヤング率を実現しうる。したがって研磨用物品８００は、サブパッドをなくすことによって、所有コストを低減させる。加えて、研磨用物品８００の硬度及び研磨性が、種々の硬度及び研磨性を有する混合特性によって微調整され、したがって、研磨性能が向上しうる。
本開示による複合研磨用物品は、パターンの変動及び／又はフィーチャサイズの変動により、硬性フィーチャ６０４などの表面フィーチャ、及び、軟性材料８０５などのベース材料の全体で変動可能なヤング率を有しうる。研磨パッド全体のヤング率は、所望の特性を実現するために、対称又は非対称であってよく、均一又は不均一でありうる。盛り上がったフィーチャ８０６のパターニングは、所望の特性に従って、径方向、同心円状、長方形、又は無作為でありうる。
盛り上がったフィーチャ８０６の外表面８０８は、硬性フィーチャ８０４よりも柔らかいか、又は弾性が高いポリマー材料で形成される。一実施形態では、盛り上がったフィーチャ８０６の外表面８０８は、ベース材料層８０２と同じ材料で形成されうる。一部の実施形態では、盛り上がったフィーチャ８０６は、その中に埋めこまれた硬性フィーチャ８０４を含む。埋めこまれた硬性フィーチャ８０４は、研磨のために求められる硬度及び剛性を提供する。外表面８０８の軟性ポリマー層は、不具合を減少させ、研磨されている基板の平坦化を改善しうる。代替的には、軟性ポリマー材料は、本開示の他の研磨パッドの表面上に印刷されて、同じ利点を提供しうる。
図９は、図５Ａで説明した電磁放射透過部分５３６に類似した観察窓９１０を有する研磨パッド９００の、概略的な透視断面図である。研磨パッド９００は、図２のプラテンアセンブリ１３２で研磨用物品１２３として、並びに、本書で説明している研磨パッドの他の実施形態として、使用されうる。複合パッド本体９０２は、一又は複数の硬性フィーチャ９０４と、一又は複数の弾性フィーチャ９０６とを含む。硬性フィーチャ６０４及び弾性フィーチャ６０６は、境界で１つにまとめられて、複合パッド本体６０２を形成する離散フィーチャであり、軟性材料８０５と硬性材料８０４とを有する上述の材料を含みうる。
研磨パッド９００は、一又は複数の弾性フィーチャ９０６と、弾性フィーチャ９０６から延在している複数の硬性フィーチャ９０４とを含みうる。一実施形態では、硬性フィーチャ９０４は、約４０ショアＤスケール〜約９０ショアＤスケールの硬度を有しうる。弾性フィーチャ９０６は、約２６ショアＡスケールから約９５ショアＡスケールまでの硬度値を有しうる。硬性フィーチャ９０４は、本開示により、任意の適切なパターンに配置されうる。
観察窓９１０は、透明材料で形成されて、研磨されている基板のモニタリングを提供しうる。観察窓９１０は、弾性フィーチャ９０６又は硬性フィーチャ９０４を貫通して形成されうる。一実施形態では、観察窓９１０は、透明な３Ｄ印刷フォトポリマ―で形成されうる。一実施形態では、観察窓９１０は、ＵＶ透過性のポリウレタンアクリレート、ポリエステルアクリレート、ポリエーテルアクリレート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）で形成されうる。
図１０は、バッキング層１００６を含む研磨用物品６００の概略断面図である。研磨パッド１０００は、図２のプラテンアセンブリ１３２で研磨用物品１２３として、並びに、本書で説明している研磨パッドの他の実施形態として、使用されうる。研磨パッド１０００は、ベース材料層１００４と、ベース材料層１００４から突出している、複数の表面フィーチャ１００２とを含む。研磨パッド１０００は、バッキング層１００６がベース材料層１００４に取り付けられていることを除いて、上述の研磨用物品５００、６００、７００、８００、又は９００に類似していることがある。バッキング層１００６は、研磨用物品１０００に圧縮性を提供しうる。バッキング層１００６は、一実施形態では、８０ショアＡスケール未満の硬度値を有しうる。
一実施形態では、バッキング層１００６は、ボイドを有するポリウレタン又はポリシリコンなどのオープンセル又はクローズセルの泡状物質で形成されてよく、そのため、加圧下ではセルがつぶれ、バッキング層１００６が圧縮される。別の実施形態では、バッキング層１００６は、天然ゴム、エチレンプロピレンジエンモノマー（ＥＰＤＭ）ゴム、ニトリル、又はポリクロロプレン（ネオプレン）で形成されうる。
図１１は、複数のゾーンを有する研磨用物品１１００の概略断面図である。研磨用物品１１００は、研磨中に基板１２１の中央区域に接する領域内に、基板１２１の外縁部分に接する領域とは異なる特性を有するよう、設計されうる。図１１は、研磨用物品１１００に対して基板１２１を配置する、キャリアヘッド１５２を概略的に示している。一実施形態では、研磨用物品１１００は、バッキング層１１０４上に配置された複合パッド本体１１０２を含みうる。複合パッド本体１１０２は、３Ｄ印刷プロセスによって製造されうる。図１１に示しているように、研磨パッド１１００は、その半径方向に沿った外側エッジゾーン１１０６と内側エッジゾーン１１０８、及び中央ゾーン１１１０に区分されうる。外側エッジゾーン１１０６と内側エッジゾーン１１０８が、研磨中に基板１１４のエッジ領域に接する一方、中央ゾーン１１１０は、研磨中に基板１１４の中央領域に接している。
研磨パッド１１００は、エッジ研磨品質を向上させるために、エッジゾーン１１０６、１１０８では、中央ゾーン１１１０と比較して、異なる率（ｍｏｄｕｌｕｓ）を有する。一実施形態では、エッジゾーン１１０６、１１０８は、中央ゾーン１１１０よりも低いヤング率を有しうる。
図１２は、図１１の研磨用物品１１００の部分拡大断面図であり、エッジゾーン１１０６及び内側エッジゾーン１１０８の例示的な設計を示している。エッジゾーン１１０６は、ベース材料層１２０６と複数の表面フィーチャ１２０２とを含む。表面フィーチャ１２０４は、ベース材料層１２０６よりも硬い材料で形成されうる。内側エッジゾーン１１０８は、ベース材料層１２０８と複数の表面フィーチャ１２０４とを含む。表面フィーチャ１２０２は、ベース材料層１２０８よりも硬い材料で形成されうる。一実施形態では、中央ゾーン１１０８は、ベース材料層１２０８の下にロッキング層１２１０を含みうる。ロッキング層１２１０は、硬性材料で形成されうる。複数の表面フィーチャ１２０４は、安定性を向上させるために、ロッキング層１２１０上に印刷されうる。図１２に示しているように、内側エッジゾーン１１０８内の表面フィーチャ１２０２は、外側エッジゾーン１１０６内の表面フィーチャ１２０４よりもサイズが大きい。一実施形態では、エッジゾーン１１０６内の表面フィーチャ１２０４のピッチは、内側エッジゾーン１１０８内の表面フィーチャ１２０２のピッチよりも狭くなりうる。
以上の説明は本開示の実施形態を対象としているが、本開示の基本的な範囲を逸脱することなく本開示の他の実施形態及び更なる実施形態が考案されてよく、本開示の範囲は、以下の特許請求の範囲によって定められる。

Claims (15)

  1. 研磨用物品製造システムであって、
    送り部、及び、化学機械研磨プロセスのための研磨用物品が巻きつけられている供給ロールを備える巻き取り部と、
    前記送り部と前記巻き取り部との間に配置された複数のプリントヘッドを備える印刷部と、
    前記送り部と硬化部の下流の前記巻き取り部との間に配置された硬化部であって、熱硬化デバイスと電磁硬化デバイスの一方又は両方を備える硬化部とを備える、システム。
  2. 前記プリントヘッドの各々は、第１材料及び第２材料を有するソースに連結されている一又は複数のノズルを備える、請求項１に記載のシステム。
  3. 前記第１材料は、前記第２材料と比較すると、磁気エネルギーとの反応性が異なっている、請求項２に記載のシステム。
  4. 前記第２材料はポリマーマトリクスであり、前記第１材料は、前記第１材料内に分散している複数の微小要素を含む、請求項２に記載のシステム。
  5. 前記微小要素は、ポリマー材料、金属材料、セラミック材料、又はそれらの組み合わせを含む、請求項４に記載のシステム。
  6. 前記微小要素の各々は、約１５０ミクロン〜約１０ミクロン、又はそれを下回る平均径を含む、請求項４に記載のシステム。
  7. 複合パッド本体であって、
    研磨面を形成する複数の研磨フィーチャであって、第１材料で形成されている、複数の研磨フィーチャと、
    第２材料で形成された一又は複数のベースフィーチャとを備え、前記一又は複数のベースフィーチャは、前記複数の研磨フィーチャを囲んで一体化しており、前記第１材料は前記第２材料の硬度よりも高い硬度を有する、複合パッド本体を備える、研磨用物品。
  8. 前記第１材料は、前記第２材料と比較すると、磁気エネルギーとの反応性が異なっている、請求項７に記載の研磨用物品。
  9. 前記第２材料はポリマーマトリクスであり、前記第１材料は、前記第１材料内に分散している複数の微小要素を含む、請求項７に記載の研磨用物品。
  10. 前記微小要素は、ポリマー材料、金属材料、セラミック材料、又はそれらの組み合わせを含む、請求項９に記載の研磨用物品。
  11. 前記微小要素の各々は、約１５０ミクロン〜約１０ミクロン、又はそれを下回る平均径を含む、請求項９に記載の研磨用物品。
  12. 前記第１材料は、ショアＤスケールで約４０〜約９０の硬度を備える、請求項７に記載の研磨用物品。
  13. 前記第２材料は、ショアＡスケールで約２６〜約９５の硬度を備える、請求項１２に記載の研磨用物品。
  14. 前記複合パッド本体はベースフィルム上に配置される、請求項７に記載の研磨用物品。
  15. 前記ベースフィルムは電磁エネルギーを透過させる、請求項１４に記載の研磨用物品。
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