JP2020529332A

JP2020529332A - 平坦性が向上された微細複製研磨表面

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Publication number: JP2020529332A
Application number: JP2020505906A
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Inventors: エー．ピー．マイヤー，ケネス; ジェイ．サリバン，ジョン; ダブリュ．リューク，ブライアン; ケー．レフー，デュイ; ジェイ．ムラディアン，デイヴィッド; エフ．スラマ，デイビッド
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Priority date: 2017-08-04
Filing date: 2018-08-02
Publication date: 2020-10-08
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Abstract

物品は、複数のチャネルによって分離された複数の隆起したセルを含む研磨層を含む。複数の隆起したセルのそれぞれは、微細構造化作業表面と、実質的に垂直なチャネル表面と、作業表面の縁部とチャネル表面の上縁部との間のオフセット表面と、を含む。微細構造化作業表面は、複数の微細構造を含む。複数の微細構造の上部は上面を画定し、複数の微細構造の基部はベース面を画定する。実質的に垂直なチャネル表面は、複数のチャネルのうちの１つのチャネルの壁を画定し、チャネル表面はチャネル面を画定する。オフセット表面は、変位した材料の非平面部分を含み得る。変位した材料は、ベース面の下方にある、又は上面の公差内に収まる変位面を画定する。

Description

化学機械研磨（ＣＭＰ）は、表面のトポグラフィを平滑化するためのプロセスである。研磨パッドを高速で回転させ、研磨パッドの表面に物品を押し付ける。研磨パッドと物品との間の接触面に研磨スラリーを添加する。研磨スラリーは物品に接触し、物品から材料を除去する。

ＣＭＰは、集積回路の製造に使用することができる。例えば、集積回路の製造中、酸化物層は、リソグラフィによって形成された溝を有してもよく、酸化物層上に銅層を堆積させて溝を充填してもよい。ＣＭＰプロセスは、集積回路の表面上の余分な銅を除去して、酸化物層を露出させ、溝内に単離した銅ワイヤを残すことができる。半導体製造が、より複雑な集積回路内でのより小型の及びより高密度の要素に移るにつれて、小さな公差でより多くの平坦化工程を行う必要があり得る。

本開示の実施形態によれば、物品は研磨層を含む。研磨層は、複数のチャネルによって分離された複数の隆起したセルを含む。複数の隆起したセルのそれぞれは、微細構造化作業表面と、実質的に垂直なチャネル表面と、作業表面の縁部とチャネル表面の上縁部との間のオフセット表面と、を含む。微細構造化作業表面は、複数の微細構造を含む。複数の微細構造の上部は上面を画定し、複数の微細構造の基部はベース面を画定する。実質的に垂直なチャネル表面は、複数のチャネルのうちの１つのチャネルの壁を画定し、チャネル表面はチャネル面を画定する。

いくつかの実施例では、システムは、基材を保持するように構成されたキャリヤアセンブリと、上述の物品を含む研磨パッドと、研磨パッドに連結されたプラテンと、流体成分及び研磨成分を含む研磨溶液と、を含む。システムは、研磨パッドを基材に対して移動させるように構成されている。

いくつかの実施例では、方法は、主表面を有する基材と、上記物品を含む研磨パッドと、流体成分及び研磨成分を含む研磨溶液と、準備することを含む。いくつかの実施形態において、本方法は、研磨パッドと基材とを相対運動させながら、基材の表面を研磨パッド及び研磨溶液と接触させることを更に含む。

本発明の１つ以上の実施形態の詳細を、添付の図面及び以下の明細書に示す。本発明のその他の特徴、目的、及び利点は、明細書及び図面、並びに特許請求の範囲から明らかであろう。

図中の同様の記号は、同様の要素を示している。点線は任意選択的な又は機能的な構成要素を示し、破線は表示されていない構成要素を示す。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、物品及び方法を利用するための例示的な研磨システムの概略図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、例示的な研磨パッドの一部の斜視上面図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、ヘリンボーンパターンで配置された複数の直線状の連続チャネルを有する研磨層の図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、クロスハッチパターンで配置された複数の直線状の連続チャネルを有する研磨層の図である。

は、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、クロスハッチパターンで配置された複数の湾曲した連続チャネルを有する研磨層の図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、クロスハッチパターンで配置された複数の直線状の不連続チャネルを有する研磨層の図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、例示的なセルの斜視図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、オフセット体積を有する例示的なセルの斜視図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態に係る、オフセット体積を有する例示的なセルのプロファイルを示す図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、例示的なセルの概略断面図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、微細構造を有する表面層の一部の概略断面図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、微細構造及び空洞を有する表面層の一部の概略断面図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、研磨粒子を含む研磨材複合体の微細構造を有する表面層の一部の概略断面図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、突起及び細孔を含む微細構造を有するセルの作業表面の一部を示す概略断面図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、基材を研磨するための例示的な方法のフローチャートである。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、セルの走査電子顕微鏡写真である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、セルの高さマップである。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、図８Ｂのセルの高さマップの断面図である。

本明細書で論じるいくつかの実施形態による、セルの接触領域のシミュレートされたマップである。

化学機械研磨（ＣＭＰ）プロセスは、研磨スラリーを物品の表面に接触させることによって、物品から材料を除去することができる。ＣＭＰ研磨パッドは、ＣＭＰ研磨パッド上に微細構造化表面を形成する微細複製技術を用いて作製することができる。微細複製は、製造工具内でポリマーを注型成形又は成形することによってトポグラフィ特徴部が作製される作製技術を含んでもよい。これらの微細複製技術は、ポリマーを変位させることによって微細構造を形成することができる。例えば、エンボス加工では、ポリマー溶解物をネガ型上に押し出してもよい。ポリマー溶解物に圧力を加えて、ポリマー溶解物を微細構造に対応するネガ型のトポグラフィ特徴部へと押し進めることができる。例えば、細孔又は空洞を形成するように構成された微細複製工具は、材料を変位させて細孔又は空洞を形成してもよい。ポリマー溶解物を冷却して、微細構造を有する固体ポリマーフィルムを形成してもよい。生産工具からポリマーを取り外す際、一連のトポグラフィ的特徴部がポリマー表面に存在する。

ポリマーが微細複製プロセス中に変位すると、変位したポリマーは、研磨パッド上に不均一な活性研磨表面を作り出す隆起又は沈下構造を形成し得る。例えば、上記のエンボス加工例では、溝を形成するように構成された微細複製工具の突起部は、溝を形成するために使用される工具の隆起部に沿ってポリマーフィルムの縁部及び角部にポリマーが凝集するようにポリマーを十分に変位させることができる。研磨又は予備研磨の間、これらの隆起した縁部及び角部が、研磨表面の残りの部分よりも前に、又はより大きく摩耗されることによって、除去速度を低下させる基材の不均一な研磨を引き起こす場合がある。

いかなる特定の理論にも限定されないが、ポリマーの凝集の１つの要因は、微細複製工具のサグによって生じる歪みに起因し得ることが理論化されている。例えば、円筒形ロールは、以下の式に示されるように、微細複製工具の曲率によって生成されるサグを有し得る。

上記の式において、ＳＡＧは工具のサグを表し、Ｒは工具の半径を表し、Ｄはダウンツール寸法におけるセル長を表す。１５０ｍｍの曲率半径を有する４２ｍｍのレンズの場合、ＳＡＧは約１５ミクロンであり得る。欠陥へのポリマー凝集のもう１つの要因は、冷却時のポリマーの膨張及び／又は収縮に起因し得る。

ポリマーの変位の別の要因は、２つ以上の層間の熱膨張係数（ＣＴＥ）の不整合に起因し得る。例えば、研磨パッドは、研磨層と、研磨層とは異なるＣＴＥを有するサブパッド又は接着層などの１つ以上の二次層と、を有してもよい。作製中、研磨パッドの研磨層は、微細構造が複製された後に冷却されるホットポリマー溶解物であってもよい。冷却中、研磨層は、二次層とは異なる速度で収縮して、ポリマーの変位を引き起こし得る。ポリマーは、ＣＴＥの不整合の方向に応じて正の変位若しくは山部、又は負の変位若しくは谷部を形成することによって変位され得る。このポリマー変位は、押出成形などのポリマーを直接変位させる微細複製方法だけでなく、圧縮成形などのポリマーを直接変位させない微細複製方法にも適用することができる。

図８Ａは、セルの縁部に沿った過剰なポリマーの凝集によって引き起こされる欠陥を有する例示的な調整セルを示す走査電子顕微鏡写真である。例示的な調整セルは、隆起した突起と沈下した細孔とを含む微細構造を有する。調整中、研磨パッドの研磨表面は、粗さ又は突起高さなどの特定の研磨特性のため、隆起した突起の表面を露出させるように研削されてもよい。セルの角部における過剰なポリマー欠陥は、欠陥付近の微細構造を隆起又は沈下させる結果、調整表面の調整期間の延長及び非平坦性をもたらす。図８Ｂは、隆起した欠陥を含むセルの高さマップであり、図８Ｃは、図８Ｂのセルの高さマップの断面図である。図８Ｂに見られるように、研磨パッド上のセルの縁部は、セルの２つの側面上で隆起している。これらの隆起した縁部は、研磨パッドを作製するために使用される微細複製工具の後縁部に対応する場合があり、材料が欠陥を形成する可能性が最も高い部分である。図８Ｃに見られるように、縁部における研磨パッドの高さは、研磨パッドの残りの部分よりもかなり高いため、他の突起が調整される前に縁部の突起間のランド部に到達し得る。

本開示は、研磨パッドの活性研磨表面上の平坦性を向上させるように構成された特徴部を有する研磨パッドに関する。研磨パッドは、チャネルによって分離された複数の研磨セルを含んでもよい。研磨セルは、作業表面と、作業表面に隣接するオフセット体積と、を有してもよい。このオフセット体積は、研磨パッドの微細複製中又は微細複製後に変位したポリマーの膨張又は収縮体積として作用し得る。結果として得られる研磨パッドは、調整及び試運転時間を低減するより均一なパッド厚を有し、これにより、スラリー消費を更に低減し、パッド寿命を延ばすことができる。上述の研磨パッドを製造するように構成された複製工具は、精密な設計を有し、研磨パッドを製造するための活性作業表面の一貫した複製を作製することができる。

ＣＭＰプロセスは、本明細書で論じる物品及び技術を使用して、基材から材料を除去することができる。図１は、本明細書で論じるいくつかの実施形態による物品及び方法を利用するための例示的な研磨システム１０を概略的に示す。システム１０は、プラテン１２、駆動アセンブリ１４、キャリヤアセンブリ１６、基材２０、研磨溶液３０、及び研磨パッド４０を含んでもよい。プラテン１２は、研磨パッド４０を収容及び／又は固定するように構成されてもよい。駆動アセンブリ１４は、プラテン１２に連結され、プラテン１２及びそれに対応して研磨パッド４０を回転させるように構成されてもよい。キャリヤアセンブリ１６は、基材２０に連結されてもよく、基材２０を回転させ、研磨パッド４０の面にわたって基材２０を移動させ、基材２０の研磨表面１８において基材２０を研磨パッド４０に押圧するように構成されてもよい。研磨溶液３０及び研磨パッド４０は、単独で又は組み合わせて、研磨表面１８において基材２０の材料を除去することができる。

円形の片面研磨システム１０について上述したが、他の研磨システムを使用してもよい。例えば、両面研磨機の場合のように、２つ以上の研磨パッドが、基材と接触してもよい。他の例示的なシステムとしては、振動研磨機や両面研磨機などが挙げられるが、これらに限定されない。

基材は、研磨及び／又は平坦化が所望される任意の基材であってよい。例えば、基材は、金属、金属合金、金属酸化物、セラミック、ポリマーなどであってもよい。いくつかの実施形態では、本開示の方法は、超硬基材、例えば、サファイア、ケイ素、炭化ケイ素、石英、又はケイ酸塩ガラスを研磨するのに特に有用であり得る。基材は、１つ以上の研磨される表面を含んでいてもよい。

研磨パッド４０は、材料変位欠陥が低減された均一な研磨表面を提供する複数のセル及びチャネルで構成された研磨層を含んでもよい。図２は、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、研磨パッド４０の研磨層４６の斜視上面図である。研磨層４６は、複数のチャネル４２によって分離された複数の隆起したセル５０を含んでもよい。複数のセル５０の各セルは、微細構造化作業表面４４を含み得る。作業表面４４は、研磨される基材表面に隣接し、研磨される基材表面と少なくとも一部接触する研磨層４６の表面を意味する。サイズにより明示的に示されていないが、各微細構造化作業表面４４は、図５Ａ〜５Ｄに更に示されるように、作業表面４４から延在する複数の微細構造を含んでもよい。

複数のセル５０は、基材から材料を除去し、研磨パッド４０の全寿命にわたってパッド４０を研磨するための実質的に一貫した作業表面４４を提供するように構成されてもよい。実質的に均一な作業表面は、研磨パッド４０上の均一な圧力が、研磨中に基材に大きな局所圧力変化を起こさないように、実質的に均一面を有する研磨表面であってもよい。図３Ａ及び３Ｂにより詳細に説明されるように、複数のセル５０は、セルの研磨寿命を通じて各自のセルの作業表面４４の下方に製造欠陥を含むオフセット体積を提供することによって、製造欠陥のマイナスの表面効果を低減するように構成することができる。複数のセル５０は、研磨層４６の表面の一部又は全部にわたって分散されてもよい。複数のセル５０のセル間の空間は、複数のチャネル４２のチャネルを形成してもよい。

複数のセル５０は、様々な形状及びサイズを有してもよい。複数のセル５０は、突起摩耗、圧力プロファイル、担持面積、チャネル体積、表面積、チャネル面積、光学スラリー流、セル高さなどの様々な要因に関して構成される形状及びサイズを有してもよい。複数のセルの形状としては、矩形及び三角形などの多角形、円形及び楕円形などの円形、並びに反復パターンによって形成され得る他の形状を挙げることができるが、これらに限定されない。いくつかの実施例では、セル５０は、セル高さ、セル幅、及びセル長さを有してもよい。いくつかの実施例では、セル長さ又は直径は１００μｍ〜１ｃｍの範囲であってもよく、セル幅又は直径は１００μｍ〜１ｃｍの範囲であってもよい。いくつかの実施例では、セル高さが研磨パッド４０の寿命を通じて各セルの微細構造化作業表面４４に適応するように選択されることにより、各セルは、微細構造を含み、研磨パッド４０に所望量の摩耗を提供するのに十分な厚さとなり得る。いくつかの実施例では、セル高さが、複数のチャネルのうちの１つ以上のチャネル壁を収容するように構成されることにより、複数のチャネルの各チャネルは、所望の速度で研磨スラリーを収容及び移送するのに十分な高さを有し得る。いくつかの実施例では、セル高さが、研磨中に複数のセル５０が十分に移動することを可能にするように構成されることにより、研磨力は、移動し得ないセルよりも接触面積全体にわたってより正規化された力分布を有することができる。例えば、セル高さが大きいほど、研磨パッドはより高い可撓性及び歪みを有することができ、より均一な研磨表面をもたらし得る。いくつかの実施例では、セル高さは、１０μｍ〜１ｍｍの範囲であってもよい。

複数のチャネル４２は、研磨中に研磨スラリーを収容及び移送するように構成されてもよい。複数のチャネル４２は、流量、使用済み研磨剤の除去、材料の除去など、研磨流体の所望の流体流特性に応じて、蛇行経路に沿って研磨流体をガイドするように構成された形状及びパターンを有してもよい。例えば、研磨流体を節約するために、研磨パッド４０からの研磨流体の流量を低減することが望ましい場合がある。複数のチャネルは、研磨流体の保持時間が増加するように、研磨流体用の蛇行経路を形成するように構成されてもよい。他の実施例では、研磨パッド４０の研磨表面からの使用済み研磨流体及び／又は除去された研磨パッド又は基材材料の流量を増加させることが望ましい場合がある。複数のチャネルは、研磨溶液の流速を低減するように、及び／又は研磨溶液を作業表面４４に逆流させるように構成されてもよい。複数のチャネル４２は、研磨溶液の分布及び研磨層の柔軟性を向上させると共に、研磨パッドからの削り屑の除去を容易にし得る。

複数のチャネル４２は、チャネル幅及びチャネル高さの変動を含む、様々なサイズを有してもよい。複数のチャネル４２の高さ及び幅は、研磨パッドの速度、研磨溶液の粘度、研磨溶液の研磨剤サイズ、及び研磨表面の接触や研磨溶液の移動などに影響を及ぼす他の要因に基づいて選択することができる。例えば、複数のチャネル４２の幅は、特定の研磨パッドの速度及び研磨溶液の粘度に関して、研磨溶液が研磨表面まで適切に移動し得るように選択されてもよい。いくつかの実施例では、チャネル幅は、約１００μｍ〜約２０ｍｍの範囲であってもよい。いくつかの実施例では、チャネル高さは、約５０μｍ〜約１５ｍｍの範囲、又はセルの高さまでの範囲であってもよい。

複数のセル５０及び複数のチャネル４２は、上主表面４４上にパターンを形成してもよい。パターンは、研磨パッドの速度、研磨器の種類（回転又は線状など）、並びに研磨中の研磨表面の接触及び／又は研磨溶液の移動に影響を及ぼす他の要因を含む様々な要因に基づいて選択されてもよい。いくつかの実施例では、複数のセル５０は、上主表面４４にわたって均一に分布されて対称パターンを形成してもよく、いくつかの実施例では、複数のセル５０は、非対称パターンを有してもパターンを有さなくてもよい。いくつかの実施例では、複数のセル５０及び複数のチャネル４２のパターンは、複数のチャネル４２内の流体保持時間が増加するようにチャネルの経路を形成するように構成される。いくつかの実施例では、パターンは、図２の例に示されるように、ヘリンボーンパターンである。

図３Ａ〜図３Ｄは、複数のチャネルの様々なパターンを有する研磨層の図である。図３Ａは、ヘリンボーンパターンで配置された複数の直線的な不連続チャネル４２Ａを有する研磨層４６Ａの図である。ヘリンボーンパターンは、ハードストップ及び方向変化を含む蛇行経路を有する。図３Ｂは、クロスハッチパターンで配置された複数の直線状の連続チャネル４２Ｂを有する研磨層４６Ｂの図である。クロスハッチパターンは、図３Ａのヘリンボーンパターンのような蛇行経路を有さなくてもよく、微細複製工具を使用してより簡単に作製することができる。図３Ｃは、クロスハッチパターンで配置された複数の湾曲した連続チャネル４２Ｃを有する研磨層４６Ｃの図である。複数の湾曲した連続チャネル４２Ｃは、連続的な正弦波微細複製工具からの微細複製を可能にしつつ、より蛇行した経路を作り出すことができる。図３Ｄは、クロスハッチパターンで配置された複数の直線的な不連続チャネルを有する研磨層の図である。

図２を再び参照すると、研磨パッド４０は、様々な形状及びサイズを有してもよい。研磨パッド４０は、プラテン１２の形状又は駆動アセンブリ１４の移動など、システム１０の特徴と適合する形状及びサイズを有してもよい。いくつかの実施例では、研磨パッド４０は、円形の研磨形態などの円形状であっても、シート又はベルト研磨形態などの矩形状であってもよい。いくつかの実施例では、研磨パッド４０は、２５〜１００ｃｍの範囲の直径、又は５００〜７５００ｃｍ^２の範囲の表面積を有してもよい。

研磨パッド４０は、特定の基材を研磨するための任意の好適な厚さを有してもよい。研磨パッド４０の厚さは、研磨層４６の剛性に影響を及ぼし得、次いで、研磨される基材２０の研磨結果、特に平面性及び／又は平坦性に影響を及ぼし得る。いくつかの実施形態では、研磨パッド層の厚さは、０．１２５ｍｍ〜１０ｍｍの範囲である。いくつかの実施形態では、研磨パッド構成の形状は、多層研磨パッド構成が取り付けられるプラテン１２の形状に適合し得る。例えば、研磨パッド構成は、多層研磨パッド構成を取り付けるプラテンの直径に対応する直径を有する円形又は環形の形状で構成されてもよい。いくつかの実施形態では、研磨パッド構成は、±１０％の公差内のプラテン１２の形状に適合してもよい。

研磨パッド４０は、例えば、成形、押出成形、エンボス加工、及びこれらの組み合わせを含む形成中に材料を変位させる様々な方法に従って形成することができる。例示的な実施形態では、研磨層４６及び任意のその他の研磨パッド層をポリマー材料で形成してよい。例えば、研磨パッド４０の研磨層４６層は、熱可塑性材料、例えば、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリウレタン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンオキシド、ポリスルホン、ポリエーテルケトン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンスルフィド、ポリスチレン、ポリオキシメチレンプラスチック等、熱硬化性樹脂、例えば、ポリウレタン、エポキシ樹脂、フェノキシ樹脂、フェノール樹脂、メラミン樹脂、ポリイミド及び尿素ホルムアルデヒド樹脂、放射線硬化樹脂又はこれらの組み合わせから形成されてよい。いくつかの実施形態では、研磨パッド層のいずれかは、例えば、銅、スズ、亜鉛、銀、ビスマス、アンチモン、又はこれらの合金などの軟質金属材料から形成されてもよい。研磨パッド層は、１つの材料層のみから本質的になっていてもよいし、多層構造を有してもよい。

いくつかの実施形態において、研磨パッド４０は、１つ以上の追加の層を含んでいてもよい。例えば、研磨パッドは、感圧接着剤、ホットメルト接着剤、又はエポキシなどの接着剤層を含んでいてもよい。「サブパッド」、例えば熱可塑性層、例えばポリカーボネート層は、パッドにより大きな剛性を付与でき、グローバル平坦性のために使用できる。サブパッドはまた、圧縮可能な材料の層、例えば発泡材料層を含んでいてもよい。熱可塑性層及び圧縮可能材料層の両方の組み合わせを含むサブパッドも使用することができる。

先の実施形態は、面状である研磨層４６を有する研磨パッドに関して説明してきたが、任意の数の非面状配向が、所定の開示の範囲から逸脱することなく採用されてもよいことを理解されたい。例えば、研磨層４６は、連続ベルトの形態であってもよい。このような非面状研磨パッドは、研磨される基材と接触するように研磨パッドを回転させることができる適切なキャリヤアセンブリ（例えば、プラテン１２又は車軸）に連結することができる。

研磨層４６は、ポリマーシートから形成されてもよい。研磨層４６の形成中に、材料は、複数のチャネル４２、及び複数のセル５０の微細構造化作業表面４４を含む複数のセル５０を作製するために、又は熱膨張若しくは収縮によって変位されてもよい。上述したように、この材料は、縁部などのセル５０の一部に集合又は沈降して、作業表面４４に欠陥を生じさせる場合がある。研磨表面におけるこれらの欠陥を低減するために、微細複製工具は、研磨表面の下のセル５０の縁部に沿った欠陥を収容又は最小化するようにセル５０を設計することによって、これらの欠陥を補償することができる。セル５０は、変位した材料がオフセット体積に集合し得るようにオフセット体積を形成するように構成されて、研磨上の材料の表面接触作用を低減又は排除することができる。図３Ａ及び３Ｂは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、セル５０の斜視図である。これらの実施例では、セル５０は、製造中の材料の変位及び／又は膨張を補償する特徴部を含んでもよい。

図４Ａは、セル５０のセル設計の斜視図である。図４Ａの実施例では、セル５０は、微細複製工具が製造するように設計された理想的なセル設計であってもよい。以下の図４Ｂに示すように、変位した材料は、セル５０の表面が、図４Ａの設計により、粗面化される、変更される、又は別の方法で一貫性でなくなる、及び／又は面外となるように、セル５０の縁部に集まることができる。セル５０は、図２の研磨層４６の複数のセル５０からのセルであってもよい。セル５０は、微細構造化作業表面４４、実質的に垂直なチャネル表面５２、及び作業表面４４の縁部とチャネル表面５２の上縁部との間のオフセット表面５４を含み得る。

作業表面４４は、図１の基材２０などの基材に接触し、微細構造及び／又は研磨溶液中の研磨剤を使用して基材を研磨するように構成されてもよい。いくつかの実施例では、作業表面４４は、作業表面４４全体にわたって接触力が比較的一定となるように、実質的に面状であってもよい。作業表面４４は、以下の図６Ａ〜図５Ｄに示されるように、突起及び細孔などの微細構造を含んでもよい。図４Ａの例では、作業表面４４は長さ６０及び幅６４を有する矩形であるが、他の実施例では、作業表面４４は、円形、三角形、又は研磨に有用な任意の他の形状を有してもよい。傾斜したオフセット表面５４を有する実施例では、作業表面４４が減少するにつれて、長さ６０及び幅６４が増加し得る。

セル５０は、チャネル表面５２によって横方向に結合されてもよい。チャネル表面５２は、図２の複数のチャネル４２のうちのチャネルの壁として機能するように構成されてもよい。チャネル表面５２は、複数のチャネル４２のうちの１つのチャネルの壁を画定してもよい。図４Ａの例では、チャネル表面５２は、セル５０の矩形形状を形成する４つの別個の表面を含むが、他の実施例では、チャネル表面５２は、円形、三角形、又は任意の他の有用な形状などの他の形状を形成してもよい。いくつかの実施例では、チャネル表面５２は、作業表面４４と同じ形状を境界とする。いくつかの実施例では、チャネル表面５２は、作業表面４４の面に対して実質的に垂直であってもよい。各チャネル表面５２は、チャネル面を画定し得る。オフセット表面５４は、以下の図４Ｃでより詳細に説明するように、作業表面４４の面からオフセット表面６８の最大設計深さまでの深さを表すオフセット深さ６８を有し得る。

オフセット表面５４は、作業表面４４の縁部とチャネル表面５２の上縁部との間のセル５０の表面によって画定されてもよい。オフセット表面５４は、下記図５Ａ〜５Ｇに示されるように、様々な表面配向を含んでもよい。作業表面４４の縁部は、オフセット長さ６２及びオフセット幅６６によって、チャネル表面５２の隣接面からオフセットされてもよい。傾斜したオフセット表面５４を有する実施例では、作業表面４４が減少するにつれて、オフセット長さ６２及びオフセット幅６６の大きさは研磨中に減少し得る。いくつかの実施例では、オフセット幅６６及び／又はオフセット長さ６２は、約１０μｍ〜１ｍｍであってもよい。いくつかの実施例では、オフセット幅６６及び／又はオフセット長さ６２は、作業表面４４の幅６０及び／又は長さ６４の約１％〜約５０％であってもよい。

オフセット表面５４は、研磨層４６のセル５０の製造中に変位した材料に適応するオフセット体積を形成するように構成されてもよい。図４Ｂは、オフセット体積５６を有するセル５０の斜視図である。オフセット体積５６は、作業表面４４に隣接する体積を表し得る。変位した材料５８は、オフセット体積５６内及びオフセット表面５４の上方の点線によって示される、セル５０の製造中に変位した材料を表し得る。オフセット体積５６は、研磨層４６のセル５０の製造中に変位した材料５８に適応するように構成されてもよい。変位した材料５８は、実際にはオフセット表面５４から分離して示されているが、変位した材料５８の表面が、オフセット表面５４の一部を形成してもよい。

オフセット体積５６は、作業表面４４の面、チャネル表面５２の面、及びオフセット表面５４の面によって画定されてもよい。いくつかの実施例では、オフセット体積５６は、作業表面４４の共平面からオフセットされた体積であってもよい。例えば、オフセット体積５６は、例えば、材料除去により変位した材料の膨張用の空の体積であってもよい、又はＣＴＥの不整合により変位した材料の収縮用の固体材料であってもよい。いくつかの実施例では、作業表面４４の面は、作業表面４４の予想される最小高さを表してもよく、この最小高さは、作業表面４４が摩耗し得る最大深さと相関させることができる。例えば、作業表面４４は、セル５０のオフセット表面５４の最大予想欠陥高さの実質的に上方にあるように構成されてもよく、最大予想欠陥高さを越えると、作業表面４４が摩耗する際に、オフセット表面の欠陥が研磨に干渉し得る。作業表面４４が摩耗し得る最大深さは、閾値深さと相関する深さであってもよく、閾値を超える深さの研磨結果は許容不能とみなされる。例えば、作業表面４４の面上又はその上方の欠陥は、かかる欠陥が少量である限り、研磨にほぼ影響を及ぼさない軽微な研磨効果を引き起こす場合がある。いくつかの実施例では、作業表面４４の面は、予想侵入高さを表し得る。例えば、研磨パッド４０の調整中に、作業表面４４が摩耗して、特定のテクスチャ又は作業表面特性のセットを達成し得る。欠陥高さが実質的に大きい（５μｍ超など）実施例では、作業表面４４の面は、欠陥が侵入後に作業表面４４の実質的に下方に留まるように、侵入高さを考慮することができる。欠陥高さが実質的に小さい（５μｍ未満など）実施例では、作業表面４４の面は欠陥の閾値内にあり、そのため、侵入中に欠陥が除去され、侵入後に作業表面４４の非平坦性をもたらし得ない。

変位した材料５８は、セル５０の縁部に蓄積された変位材料の量を表し得る。図４Ｂの例に見られるように、変位した材料５８の高さは、作業表面４４の高さよりも小さい、又は作業表面４４の意図される最終加工厚さよりも小さいため、研磨中に作業表面４４は、変位した材料５８の上方又は実質的に上方の面（例えば、基材に接触する変位した材料５８の１０％未満）を形成する。変位した材料５８は、典型的には、微細複製工具の構成により、セル５０の縁部に配置されてもよいが、変位した材料は、オフセット体積５６の任意の部分に延在して、任意のトポグラフィ構造をとることもできる。変位した材料

作業表面４４と変位した材料５８との間の深さの関係を図４Ｃに示すことができる。図４Ｃは、オフセット体積を有する例示的なセルのプロファイルを示す図である。上面８３、チャネル面５５、及びオフセット表面５４は、オフセット体積５６を画定し得る。作業表面４４は、微細構造化作業表面４４を形成する複数の微細構造８２を含んでもよい。複数の微細構造８２の上部は上面８３を画定し、複数の微細構造８２の基部はベース面８５を画定する。ベース面８５は、上面８３からのベース面深さ８７を有してもよい。研磨中、作業表面４４の面の高さは、上面８３からベース面８５まで低減されてもよい。ベース面深さ８７は、作業表面４４が摩耗し得る深さを表してもよい。例えば、ベース面深さ８７は、複数の微細構造８２の平均高さであってもよい。研磨の不整合を低減するために、変位した材料５８は、ベース面８５の下方に限定されてもよい。

オフセット表面５４は、作業表面４４の面からオフセット表面６８の最大設計深さまでの深さを表すオフセット深さ６８を有し得る。いくつかの実施例では、オフセット深さは、作業表面４４からの実際の最大距離であってもよい。最大設計深さは、オフセット表面５４の最大設計深さ６８を表す、作業表面４４に平行なオフセット表面５３を形成し得る。

オフセット表面５４は、変位した材料５８の非平面部分を含み得る。非平面部分は、設計されたオフセット表面５４の実質的に面外の部分を含んでもよい。変位した材料５８の山部は、作業表面４４に平行な変位面５７を画定し得る。変位面５７は、上面８２の下方に変位深さ５９を形成してもよい。いくつかの実施例では、変位面５７は、変位した材料５８が研磨とほぼ干渉しないように、ベース面８５の下方にある。いくつかの実施例では、変位した材料５８は、変位した材料５８の体積の９０％超がオフセット表面５３とベース面８５との間にある場合、ベース面８５の実質的に下方にあってもよい。いくつかの実施例では、変位した材料は、変位した材料５８のベース面８５上の表面積が作業表面４４の表面積の５％未満である場合、変位した材料は、ベース面８５の実質的に下方にあってもよい。

いくつかの実施形態では、変位した材料５８は、研磨層４６と第２の層とのＣＴＥの不整合に起因して、隆起した又は凹んだ特徴部であってもよい。例えば、研磨パッド４０は、研磨層とは異なる熱膨張係数を有する第２の層を研磨層の下方に含んでもよい。第２の層よりも研磨層４６の熱膨張係数が高い場合、変位した材料５８は、チャネル表面５２に沿って、かつオフセット表面５４の下方に隆起した特徴部を含んでもよい。第２の層よりも研磨層４６の熱膨張係数が低い場合、変位した材料５８は、チャネル表面５２に沿って、かつオフセット表面５４の下方に凹んだ特徴部を含んでもよい。

図４Ａ〜４Ｃでは、変位した材料５８を作業表面４４の下方に制限するように構成されたオフセット表面５４に関して説明されているが、いくつかの実施例では、オフセット表面５４は、変位した材料５８が作業表面４４と実質的に同一面上にあるように構成されてもよい。例えば、変位した材料５８は、特定のオフセット体積５６を充填することが予想され得る。オフセット表面５４は、変位面５７が、公差内に収まる上面８３の上方の変位深さ５９又は変位高さを有するように構成されてもよい。公差は、研磨パッド４０の調整中に作業表面４４が低減される調整深さと相関され得る。変位した材料５８を公差内に収めることができるオフセット表面５４の構成に関しては、例えば、図５Ｆ及び５Ｇを参照されたい。いくつかの実施例では、変位深さ５９は５μｍ未満であってもよい。いくつかの実施例では、変位深さ５９は、ベース面深さ８７又は複数の微細構造８２の平均高さより大きくてもよい。

オフセット表面５４は、様々な表面配向を有してもよい。上述したように、オフセット表面５４のトポロジーは、製造中に材料が変位するにつれて、設計された形状から変化し得る。オフセット表面５４は、変位した材料５８が、ベース面８５の下方に実質的に収容され得る、又は上面８３の公差内に実質的に収まり得るように構成されてもよい。

オフセット表面５４は、作業表面４４の面に対して実質的に平行である（「水平」）、作業表面４４の面に対して実質的に垂直である（「垂直」）、湾曲、角度付き、段付きなどに設計された１つ以上の表面を有してもよい。図５Ａ、５Ｂ、５Ｃ、５Ｄ、５Ｅ、５Ｆ、及び５Ｇは、代替的なオフセット表面構成を有するユニットセル５０を有する研磨パッド４０の設計を示す図である。図５Ａ〜５Ｇの特徴部は、必ずしも縮尺通りに描かれていない。図５Ａは、研磨パッド４０の表面特徴部に関して説明されているが、同様の特徴部が図５Ｂ〜５Ｇ及び図示されていない実施形態にも存在し得ると理解される。

図５Ａは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、垂直構成要素及び水平構成要素を有するオフセット表面を含むセル５０Ａの概略断面図である。セル５０Ａは、作業表面４４、チャネル表面５２、及びオフセット表面５４Ａを含んでもよい。作業表面４４の面、チャネル表面５２の面、及びオフセット表面５４Ａは、オフセット体積５６Ａを画定し得る。セル５０Ａは、セル５０Ａの対向側の２つのチャネル表面５２間の断面積７０を含んでもよい。オフセット表面５４Ａは、実質的に垂直な構成要素及び実質的に水平な構成要素を含み得る。オフセット表面５４Ａの垂直構成要素及び水平構成要素は、オフセット体積５６Ａを提供するように構成されることにより、セル形成中に変位した材料５８Ａは、オフセット体積５６Ａにほぼ制限され得る。いくつかの実施例では、セル５０は、作業表面４４と断面積７０が特定の比を有するように設計されてもよい。

セル５０形成中、材料は、微細構造化作業表面４４、オフセット表面５４、及び複数のチャネル４２の形成に起因して変位され得る。変位される材料の量を低減することにより、オフセット体積を低減させる、及び／又は作業表面面積を増加させることができる。いくつかの実施例では、セルのオフセット表面は、除去される材料の量を低減するように角度付けされて、オフセット体積５６を生成することができる。図５Ｂは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、角度付きのオフセット表面を含むセル５０Ｂの概略断面図である。オフセット表面５４Ｂは、作業表面４４の縁部からチャネル表面５２の縁部までの角度付き表面を含んでもよい。いくつかの実施例では、角度付きオフセット表面５４Ｂは、平坦な表面であってもよい。傾斜したオフセット表面５４Ｂは、作業表面４４の縁部において比較的小さく、チャネル表面５２の縁部において比較的大きいオフセット体積５６Ｂを形成することができ、変位した材料５８Ｂがそこに凝集する可能性が高い。例えば、チャネル表面５２の縁部におけるオフセット体積５６Ｂの高さは、セル５０Ａのオフセット体積５６Ａの高さとほぼ同じ高さであり得る一方、オフセット体積５６Ｂは、オフセット体積５６Ａよりも実質的に小さくして、材料変位を減らすことができる。

研磨中、作業表面４４が摩耗する際、作業表面４４が均一領域を有することが望ましい場合がある。例えば、図５Ｂのセル５０Ｂを有する研磨パッドは、オフセット表面５４Ｂを下方に角度付けすることにより、作業表面４４Ｂの表面積を増大させてもよい。いくつかの実施例では、オフセット表面は、オフセット体積５６を生成するために除去される材料の量を低減しつつ、作業表面４４の均一な領域を提供するように構成されてもよい。図５Ｃは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、実質的に垂直な上部と実質的に角度付けされた下部とを有するオフセット表面を含む、セル５０Ｃの概略断面図である。オフセット表面５４Ｃは、作業表面４４が摩耗する際、作業表面４４の実質的に一定の表面積を呈するように構成された実質的に垂直な上部を含んでもよい。オフセット表面５４Ｃは、上記の図５Ｂで説明したように、変位した材料５８Ｃの量を低減してオフセット体積５６Ｃを生成する、実質的に角度付けされた下部を更に含んでもよい。

セル５０の形成中、材料は、チャネル表面５２近傍のオフセット表面５４の縁部まで変位され得る。いくつかの実施例では、オフセット表面は、オフセット体積５６を生成するために除去される材料の量を更に低減するように湾曲していてもよい。図５Ｄは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、実質的に垂直な上部と湾曲した下部とを有するオフセット表面を含む、セル５０Ｄの概略断面図である。オフセット表面５４Ｄは、オフセット体積５６Ｄを作り出すために、変位した材料５８Ｄの量を更に低減するように湾曲した下部を含んでもよい。例えば、チャネル表面５２の縁部におけるオフセット体積５６Ｄの高さは、セル５０Ｃのオフセット体積５６Ｃの高さとほぼ同じ高さであり得る一方、湾曲したオフセット体積５６Ｄは平坦な角度付きオフセット体積５６Ｃよりも小さくして、材料の変位をより小さくしてもよい。

セル５０を形成するために使用されるいくつかの微細複製工具は、角度付き又は湾曲したオフセット表面５４を容易に又は正確に形成することができない。いくつかの実施例では、オフセット表面５４は、変位した材料の量を低減するように角度付けされて、平坦な垂直表面及び水平表面を使用してオフセット体積５６を生成してもよい。図５Ｅは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、段付きオフセット表面５４Ｅを含むセル５０Ｅの概略断面図である。段差付きオフセット表面５４Ｅは、セル５０Ｂと同様、作業表面４４の縁部において比較的小さく、チャネル表面５２の縁部において比較的大きいが、平坦な垂直表面及び水平表面を有する工具によって形成されたオフセット体積５６Ｅを形成してもよい。段付きオフセット表面５４Ｅは、図５Ｅに示すように均等な間隔を含んでもよい、又は段付きオフセット表面５４Ｅの進行が非線形（例えば、湾曲）であるように不均一な間隔を含んでもよい。

セル形成中又は後に、研磨層４６と第２の層との間のＣＴＥの不整合は、変位した材料をオフセット体積へ膨張又は収縮させることができる。いくつかの実施例では、オフセット表面５４は、オフセット体積５６内外への膨張又は収縮を考慮するように構成されてもよい。図５Ｆは、凸状である湾曲したオフセット表面５４Ｆを含むセル５０Ｆの断面図である。変位した材料５８Ｆは、オフセット体積５６Ｆへと膨張し得る。図５Ｇは、凹状である湾曲したオフセット表面５４Ｇを含むセル５０Ｇの断面図である。変位した材料５８Ｇは、オフセット体積５６Ｇから収縮することができる。オフセット体積５６Ａ〜５６Ｆとは対照的に、オフセット体積５６Ｇは、作業表面４４からオフセットされ、変位した材料が収縮し得る材料の体積である。結果として生じる変位した材料５８Ｆ又は５８Ｇが実質的に小さい場合、オフセット表面５６Ｆ又は５６Ｇは、作業表面４４と実質的に同一面上にあってもよく、作業表面４４の実質的に下方にないため、研磨欠陥を引き起こすことを回避し得る。

セル５０は、様々なオフセット長さ、オフセット幅、及びオフセット高さを有し得る。オフセット長さ及びオフセット幅は、変位されることが予想される材料の量、材料の熱膨張係数、作業表面４４の所望の表面積、チャネル幅及び高さ、微細構造の高さなどを含むが、これらに限定されない多数の要因により、オフセット長さ及びオフセット幅を選択することができる。いくつかの実施例では、オフセット長さ、幅、又は直径は、１０μｍ〜１ｍｍの範囲であってもよい。いくつかの実施例では、オフセット長さ、幅、又は直径は、セル長、幅、又は直径の１％〜５０％であってもよい。いくつかの実施例では、オフセット高さは、各セルが研磨パッド４０に所望量の摩耗を提供するのに十分な厚さを有するように、各自のセル上の微細構造化作業表面に適応するように構成されてもよい。いくつかの実施例では、オフセット高さは、作業表面４４の複数の微細構造の平均高さ未満であってもよい。いくつかの実施例では、オフセット高さは、複数のチャネルのうちの１つ以上のチャネル壁に適応するように構成されてもよく、そのため、複数のチャネルの各チャネルは、所望の速度で研磨溶液を収容及び移送するのに十分な高さを有する。いくつかの実施例では、オフセット高さは、セル高さ又はチャネル高さ及び幅と相関し得る。例えば、セル高さ又はチャネル高さ及び幅が増加するにつれて、より多くの材料を微細複製中に変位させることができ、より大きなオフセット体積及び対応するオフセット高さを必要とする。いくつかの実施例では、オフセット高さ及びセル幅は、１：５〜１：５０の範囲の比を有し得る。

再び図４Ａ〜４Ｃを参照すると、研磨層４６を形成するための微細複製工具は、作業表面４４、チャネル表面５２、及びオフセット表面５４に対応する構造化表面で構成されてもよい。構造化表面は、微細複製中の材料の変位に適応し得るオフセット表面５４に対応する部分を備えて構成されてもよい。いくつかの実施例では、構造化表面は、変位面５７がベース面８５の下方にあるように、オフセット表面５４に対応する部分を有して構成されてもよい。いくつかの実施例では、構造化表面は、変位深さ５９が上面８３の公差内に収まるように、オフセット表面５４に対応する部分を有して構成されてもよい。

研磨層４６は、微細構造化作業表面４４を含んでもよい。研磨層４６のセル５０は、各セル５０の作業表面４４の面から延びる複数の微細構造を含んでもよい。いくつかの実施例では、複数の微細構造は、研磨溶液の研磨粒子と接触して、基材２０から材料を除去するように構成されてもよい。いくつかの実施例では、複数の微細構造は、基材２０と直接接触して基材２０から材料を除去するための研磨材として構成されてもよい。

いくつかの実施形態では、微細構造は、平坦又は凹凸表面（例えば、曲面、表面窪みなど）を有する基材２０との接触、及び基材の研磨を促進するように構成されてもよい。図６Ａは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、突起８２Ａを含む微細構造を有する、セル５０の作業表面の概略断面図である。図６Ａの実施例では、突起８２Ａは、研磨パッド４０のセル５０と一体的に形成されてもよい、又はセル５０に結合されてもよい。いくつかの実施例では、突起８２Ａは、研磨要素に屈曲を付与して、表面輪郭を有する基材の研磨に適応するように微細構造を屈曲し得るように構成されたステムを含んでもよい。突起８２Ａは、凸状、球形、半球形、凹状、カップ形状、矩形、正方形、又は任意の他の所望の断面形状である断面形状を有してもよい。微細構造は、作業表面にわたってランダムに配置されてもよく、又は作業表面にわたってパターン、例えば繰り返しパターンで配置されてもよい。パターンとして、正方配列、及び六方配列等が挙げられるが、これらに限定されない。微細構造の例としては、参照により本明細書に組み込まれる、国際出願公開第２０１６／１８３１２６Ａ１号を参照されたい。

いくつかの実施例では、研磨パッド４０は、研磨パッド４０のセルの作業表面に延びて微細構造を形成する空洞によって形成された複数の微細構造を含んでもよい。図６Ｂは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、突起８２Ｂ及び空洞８４を含む微細構造を有する、セル５０の作業表面の一部の概略断面図である。空洞は、任意の所望の距離だけ研磨パッド４０内に延びてもよい（研磨パッド４０を完全に通過することにより、空洞を通るスラリー流を可能にすることを含む）。空洞８４は、任意のサイズ及び形状を有してもよい。例えば、キャビティ８４の形状は、立方体、円筒形、プリズム形、半球形、直方体、角錐形、切頭角錐形、円錐形、切頭円錐形、十字形、弓状若しくは平坦な底部表面を持つ柱状、又はこれらの組み合わせ等の多数の幾何学的形状の中から選択され得る。あるいは、空洞８４のいくつか又は全てが不規則形状を有してもよい。いくつかの実施形態では、空洞８４のそれぞれは、同じ形状を有する。あるいは、任意の数の空洞８４が、他の任意の数の空洞とは異なる形状を有してもよい。空洞８４は、空洞が行及び列に並べられる構成で提供する、パターン（例えば、渦巻状、螺旋状、コークスクリュー状、又は格子状）に分布する、又は「ランダム」に（すなわち、規則的なパターンではない）分布することができる。微細構造の空洞の例としては、参照により本明細書に組み込まれる、米国出願公開第２０１６／０２２１１４６Ａ１号を参照されたい。

いくつかの実施形態では、研磨パッド４０は、固定研磨パッドであってもよく、複数の微細構造は、研磨粒子を含む研磨材複合体であってもよい。図６Ｃは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、研磨粒子８６を含む研磨材複合体の突起８２Ｃを含む微細構造を有する、セル５０の作業表面の一部の概略断面図である。固定研磨パッドは、二次元の、例えば、研磨粒子の層が１以上の樹脂若しくはバインダ層により裏材に保持された従来の研磨シートであってもよく、又は固定研磨パッドは、三次元固定研磨材、すなわち、分散した研磨粒子を含有する樹脂若しくはバインダ層であってもよく、樹脂／研磨複合体が使用中に摩耗すること及び／又はドレッシングが研磨粒子の未使用の層を露出させることを可能にするのに適切な高さを有する、樹脂／研磨複合体を形成する。砥粒物品は、第１の表面及び作業面を有する、三次元、テクスチャード、軟質の固定砥粒構造を含んでいてもよい。作業面は、複数の精密な形状の砥粒複合体を含んでいてもよい。精密な形状の砥粒複合体は、樹脂相及び砥粒相を含んでいてもよい。研磨複合微細構造の例としては、参照により本明細書に組み込まれる米国特許第７，１６０，１７８Ｂ２号を参照されたい。精密な形状の砥粒複合体は、三次元、テクスチャード、軟質の固定砥粒構造を形成する配列に配置されていてもよい。砥粒物品は、パターン化された砥粒構造を含んでいてもよい。ＴＲＩＺＡＣＴ砥粒の商品名で入手可能な砥粒物品及び３ＭＣｏｍｐａｎｙ（ミネソタ州、セントポール）から入手可能なＴＲＩＺＡＣＴダイヤモンドタイル砥粒が、例示的なパターン化砥粒である。パターン化砥粒物品は、ダイ、成形型又は他の手法から精密に配列及び製造される、砥粒複合体のモノリシックな列を含む。こうしたパターン化砥粒物品は、砥粒加工、研磨、又は同時に砥粒加工及び研磨を実行できる。

いくつかの実施形態では、研磨パッド４０は、突起及び／又は細孔を含む微細構造を有してもよい。図６Ｄは、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、突起８２Ｄ及び細孔８８を含む微細構造を有する、セル５０の作業表面の一部の概略断面図である。細孔８８の形状は、特に限定されず、円筒形、半球形、立方体、直方柱、三角柱、六角柱、三角錐、四、五、及び六角錐、角錐台、円錘形、円錐台等を含み得るが、それらに限定されない。細孔８８の形状は、全て同じでよく、又は組み合わせが用いられてもよい。いくつかの実施形態において、細孔８８の深さは、それぞれの正確に成形された細孔に隣接するランド領域の厚さ未満である、すなわち正確に成形された細孔は、ランド領域の厚さ全体を貫通する貫通穴ではない。これによって、細孔は作業面の近傍の流体を捕らえ、かつ保有することができる。正確に成形された突起８８は、均一に分配され得る、すなわち、研磨層の表面にわたって単一の面密度を有し得る、又は研磨層１０の表面にわたって異なる面密度を有し得る。細孔８８は、研磨層の表面にわたってランダムに配置されてもよい、又は研磨層にわたって、例えば繰り返しパターン等のパターンで配置されてもよい。パターンとして、正方配列、及び六方配列等が挙げられるが、これらに限定されない。パターンの組み合わせを用いてもよい。突起及び細孔の例としては、参照により本明細書に組み込まれる、国際出願公開第２０１５／１５３６０１Ａ１号を参照されたい。

いくつかの実施形態では、研磨溶液３０が、研磨作業において研磨パッド４０と共に使用されてもよい。いくつかの実施形態では、本開示の研磨溶液３０（一般に「スラリー」と呼ばれる）は、分散した及び／又は懸濁した研磨材複合体を有する流体成分を含んでいてもよい。

種々の実施形態では、流体成分は、非水性又は水性であってよい。非水性流体成分としては、アルコール、アセテート、ケトン、有機酸、エーテル、又はこれらの組み合わせが挙げられる。水性流体成分は、上記の非水性流体のいずれかを含む、非水性流体成分を（水に加えて）含んでよい。流体成分が水性流体と非水性流体の両方を含むとき、得られる流体成分は、均質である、すなわち単相溶液であってもよい。例示的な実施形態では、流体成分は、研磨材複合体粒子が流体成分に不溶性であるように選択することができる。

いくつかの実施形態では、流体成分は、例えば、分散助剤、レオロジー変性剤、腐食防止剤、ｐＨ調整剤、界面活性剤、キレート剤／錯化剤、不動態化剤、発泡防止剤、及びこれらの組み合わせ等の１種以上の添加剤を更に含んでよい。分散助剤は、多くの場合、整合性のない又は好ましくない研磨性能をもたらす場合がある、スラリー中の凝集粒子の沈下、沈降、沈殿及び／又は軟凝集を防ぐために添加される。有用な分散剤としては、比較的高分子量の脂肪族又は脂環式ハロゲン化物及びアミンの反応生成物であるアミン分散剤が挙げられる。レオロジー変性剤としては、剪断減粘剤及び剪断増粘剤が挙げられる。剪断減粘剤としては、ポリオレフィンポリマー材料上にコーティングされたポリアミドワックスが挙げられる。剪断増粘剤としては、ヒュームドシリカ、水溶性ポリマー、及び非水性ポリマーが挙げられる。流体成分に添加することができる腐食防止剤には、金属を劣化させ得る研磨プロセスの酸性副生成物を中和できる、トリエタノールアミン、脂肪族アミン、オクタン酸オクチルアミン等のアルカリ性物質、並びにドデセニルコハク酸又は無水物及びオレイン酸等の脂肪酸とポリアミンとの縮合生成物が挙げられる。使用することができる好適なｐＨ調整剤には、アルカリ金属水酸化物、アルカリ土類金属水酸化物、塩基性塩、有機アミン、アンモニア及びアンモニウム塩が挙げられる。また、緩衝系を用いてもよい。緩衝剤は、酸性から中性近くそして塩基性までの範囲にまたがるように調節することができる。使用することができる界面活性剤には、イオン性及び非イオン性界面活性剤が挙げられる。非イオン性界面活性剤としては、親水性及び疎水性セグメントを含有するポリマーが挙げられる。イオン性界面活性剤には、カチオン性界面活性剤とアニオン性界面活性剤の両方を挙げることができる。アニオン性界面活性剤は、水中で、両親媒性アニオンと、通常はアルカリ金属（Ｎａ＋、Ｋ＋）又は第四級アンモニウムであるカチオンとに解離する。界面活性剤は、単独で又は２種以上の組み合わせで使用することができる。

配位子及びキレート剤等の錯化剤は、特に、用途が金属仕上げ又は研磨に関する場合であって、使用中に金属の削り屑及び／又は金属イオンが流体成分中に存在し得るとき、流体成分に含めることができる。金属の酸化及び溶解は、錯化剤の添加によって促進することができる。これらの化合物は、金属に結合して、水性及び非水性液体中の金属又は金属酸化物の溶解度を高めることができる。錯化剤としては、１つのカルボキシル基（すなわち、単官能性カルボン酸）又は複数のカルボン酸基（すなわち、多官能性カルボン酸）を有するカルボン酸及びその塩が挙げられる。不動態化剤は、研磨する基材２０上に不動態化層を作製するために、流体成分に添加することができ、これにより、基材２０の除去速度を変更したり、又は基材２０が２つ以上の異なる材料を含む表面を備える場合に、１つの材料の除去速度を別の材料に対して調整したりすることができる。使用され得る発泡阻害剤としては、シリコーン、エチルアクリレートと２−エチルヘキシルアクリレートとのコポリマー、及び乳化破壊剤が挙げられる。流体成分中で有用であり得る他の添加剤には、酸化剤及び／又は漂白剤、例えば過酸化水素、硝酸、硝酸第二鉄等の遷移金属錯体、潤滑剤、殺生物剤、石鹸等が挙げられる。様々な実施形態において、研磨溶液中の添加剤クラスの濃度、すなわち、１つの添加剤クラスからの１つ以上の添加剤の濃度は、研磨溶液の重量に基づいて少なくとも約０．０１重量％かつ約２０重量％未満であってもよい。

研磨材複合体は、多細孔質セラミック研磨材複合体を含んでもよい。多孔質セラミック研磨材複合体は、多孔質セラミックマトリックス中に分散された個々の研磨粒子を含んでよい。本明細書で使用する場合、「セラミックマトリックス」という用語は、ガラス質と結晶質の両方のセラミック材料を含む。例示的な実施形態では、セラミックマトリックスの少なくとも一部は、ガラス質セラミック材料を含む。種々の実施形態では、セラミックマトリックスは、金属酸化物、例えば、酸化アルミニウム、酸化ホウ素、酸化ケイ素、酸化マグネシウム、酸化ナトリウム、酸化マンガン、酸化亜鉛及びこれらの混合物を含むガラスを含んでよい。本明細書で使用する場合、「多孔質」という用語は、その集合体全体にわたって分布する細孔又は間隙を有することを特徴とするセラミックマトリックスの構造を記述するために用いられる。細孔は、複合体の外表面に向かって開かれていてもよいし、塞がれていてもよい。セラミックマトリックス中の細孔は、セラミック研磨材複合体の破損の制御を助け、使用済み（すなわち劣化した）研磨粒子が複合体から放出されるようにすると考えられる。細孔はまた、研磨材物品と加工物との界面から削り屑及び使用済み研磨粒子を除去するための経路をもたらすことにより、研磨材物品の性能（例えば、切削速度及び表面仕上げ）を向上させ得る。空隙は、複合体の少なくとも約４体積％かつ複合体の９５体積％未満を含んでもよい。いくつかの実施形態では、研磨粒子には、ダイヤモンド、立方晶窒化ホウ素、溶融酸化アルミニウム、セラミック酸化アルミニウム、熱処理した酸化アルミニウム、炭化ケイ素、炭化ホウ素、アルミナジルコニア、酸化鉄、セリア、ガーネット及びこれらの組み合わせを挙げることができる。種々の実施形態では、本開示の研磨材複合体粒子は、充填剤、カップリング剤、界面活性剤及び発泡抑制剤等の任意選択の添加剤も含んでよい。これらの材料の量は、所望の特性をもたらすように選択され得る。

研磨複合体は、研磨複合体の１つ以上（最大で全て）が空洞内に少なくとも部分的に配置され得るように、研磨パッド４０の微細構造のサイズ及び形状に対してサイズと形状が決定されてもよい。より具体的には、研磨複合体は、研磨複合体の１つ以上（最大で全て）が、空洞又は微細構造間に完全に受容されたときに、少なくとも空洞の開口部又は微細構造の間隙を越えて延在する部分を有するように、空洞又は微細構造に対してサイズと形状が決定されてもよい。本明細書で使用するとき、「完全に受容された」という語句は、空洞又は微細構造の間隙内の複合体の位置に関連する際、複合体が非破壊的圧縮力（例えば、以下で論じるように、研磨動作中に存在する力）の印加時に空洞又は微細構造間隙内で達成され得る。このように、以下で更に詳細に説明するように、研磨作業中、研磨溶液３０の研磨複合粒子は、空洞又は微細構造の間隙内に受容され（例えば、摩擦力を介して）保持されることによって、研磨作業表面として機能することができる。

種々の実施形態では、研磨材複合体粒子は、精密な形状であってもよいし、不規則な形状（すなわち精密でない形状）であってもよい。精密な形状のセラミック研磨材複合体は、任意の形状（例えば、立方体、ブロック状、円筒形、角柱形、角錐形、切頭角錐形、円錐形、切頭円錐形、球形、半球形、十字形又は柱様）であってよい。研磨材複合体粒子は、異なる形状及び／又はサイズの研磨材複合体の混合物であってもよい。あるいは、研磨材複合体粒子は、同じ（又は実質的に同じ）形状及び／又はサイズを有してもよい。精密でない形状の粒子には、回転楕円体が挙げられ、例えば、噴霧乾燥プロセスにより形成することができる。様々な実施形態において、流体成分中の研磨材複合体の濃度は、少なくとも０．０６５重量％かつ６．５重量％未満であってもよい。いくつかの実施形態では、セラミック研磨材複合体とその作製にて使用される剥離剤の両方を流体成分中に含めることができる。これらの実施形態では、流体成分中の研磨材複合体及び剥離剤の濃度は、少なくとも０１重量％及び１０重量％未満であってもよい。

いくつかの実施形態では、本開示の研磨材複合体粒子は、研磨材スラリーに有益な特性を付与する試薬で表面改質（例えば、共有結合、イオン結合又は機械的結合）を施してよい。例えば、ガラス表面を酸又は塩基でエッチングして、適切な表面ｐＨをもたらすことができる。共有結合による改質表面は、１種以上の表面処理剤を含む表面処理で粒子を反応させることによって作製することができる。表面処理剤は、改質を施す表面の疎水的性質又は親水的性質を調整するために使用することができる。スパッタリング、真空蒸発、化学蒸着（ＣＶＤ）、又は溶融金属技術を用いることができる。

本開示は更に、上述の研磨パッドを使用した基材の研磨の方法に関する。図７は、本明細書で論じるいくつかの実施形態による、基材を研磨するための例示的な方法のフローチャートである。本方法は、研磨システム、例えば図１に関して記載したものを使用して、又は任意の他の従来の研磨システム、例えば片面若しくは両面研磨及びラッピングを用いて実施することができる。

いくつかの実施形態において、基材の研磨方法は、研磨される基材２０などの基材を準備すること（９０）を含んでもよい。本方法は、研磨パッド４０及び研磨溶液３０などの、研磨パッドを準備すること（９２）と、研磨溶液を準備すること（９４）と、を更に含んでもよい。いくつかの実施形態において、本方法は、研磨パッドと基材（９６）とを相対運動させながら、基材の表面を研磨パッド及び研磨溶液と接触させることを更に含んでもよい。例えば、図１の研磨システムを参照すると、プラテン１２がキャリヤアセンブリ１６に対して移動（例えば、並進及び／又は回転）させられる際、キャリヤアセンブリ１６は、研磨溶液３０が存在する状態で、基材２０を（プラテン１２に結合され得る）研磨パッド４０の研磨表面１８に対して押圧することができる。また、キャリヤアセンブリ１６が、プラテン１２に対して移動（例えば、並進及び／又は回転）させられてもよい。圧力及び相対運動の結果として、研磨粒子（研磨パッド４０及び／又は研磨溶液３０内／上に含有され得る）は、基材２０の表面から材料を除去することができる。

例示的実施形態において、本開示のシステム及び方法は、超硬基材、例えば、サファイアのＡ、Ｒ、又はＣ面の仕上げに特に適する。完成したサファイアの結晶、シート、又はウェハは、例えば、発光ダイオード産業及び携帯ハンドヘルドデバイス用カバー層に有用である。かかる用途において、本システム及び方法は、材料の永続的な除去を提供する。更に、本開示のシステム及び方法は、通常用いられる小さい粒子サイズで実現される表面仕上げと同等の表面仕上げをもたらしつつ、通常用いられる大きい研磨粒子サイズで実現される除去速度と同程度の除去速度を提供できることが見出された。更にまた、本開示のシステム及び方法は、固定式研磨パッドで必要とされるようなパッドの広範囲なドレッシングを行うことなく、持続的な除去速度をもたらすことができる。

本開示の操作を、以下の詳細な実施例に関連して更に説明する。これらの実施例は、様々な具体的な好ましい実施形態及び技術を更に示すために提供される。しかしながら、本開示の範囲内に留まりつつ、多くの変更及び修正を加えることができるということが理解されるべきである。

研磨パッドの作製

研磨パッドを次のとおり作製した。ポリカーボネートのシートを、米国特許第６，２８５，００１号に記載されるようにレーザ研磨して、原型工具を形成した。原型工具をニッケルでメッキし、ニッケルネガを形成した。いくつかのニッケルネガを形成し、一緒に溶接してエンボス加工ロールを形成した。エンボス加工ロールは、米国特許出願公開第２０１０／０１８８７５１号に記載されるように、熱可塑性ポリウレタン用のエンボス加工プロセスにおいて使用されて研磨層を形成した。以下、研磨層の変形について説明する。

オフセット体積

いくつかの実施例では、研磨層は、上述のように、微細複製中のポリマー変位のためのオフセット体積を生成する凹縁部を有するセルを有してもよい。第１の実施例では、研磨層は、ベース層の縁部から１５ミクロンの高さ凹み、５００ミクロンオフセットされている。第２の実施例では、研磨層は、ベース層の縁部から３０ミクロンの高さ凹み、７５０ミクロンオフセットされている。

図９Ａは、第１の実施例の研磨パッド内のセルの高さマップである。図９Ｂは、１０ミクロンの摩耗後の、第１の実施例の研磨パッド内のセルの接触領域のシミュレートされたマップである。図９Ｂのドットは、研磨パッドがウェハと接触する領域を示す。図９Ｂに見られるように、作業層はウェハと不均一な接触を有し、ベース層は左縁部及び上縁部においてウエハースと有意に接触している。

図１０Ａは、第２の実施例の研磨パッド内のセルの高さマップである。図１０Ｂは、１０ミクロンの摩耗後の、第２の実施例の研磨パッド内のセルの接触領域のシミュレートされたマップである。図１０Ｂに見られるように、作業層はウェハと均一な接触を有し、ベース層は、第１の実施例よりも著しく低い接触を有する。

本発明の様々な実施形態を説明した。これらの実施形態及び他の実施形態は、以下の特許請求の範囲に含まれる。

Claims

複数のチャネルによって分離された複数の隆起したセルを含む研磨層を備え、
前記複数の隆起したセルのそれぞれは、
複数の微細構造を含む微細構造化作業表面であって、前記複数の微細構造の頂部が上面を画定し、前記複数の微細構造の基部がベース面を画定する、微細構造化作業表面と、
前記複数のチャネルの壁を画定する実質的に垂直なチャネル表面であって、チャネル面を画定するチャネル表面と、
前記作業表面の縁部と前記チャネル表面の上縁部との間のオフセット表面と、
を含む、物品。
前記オフセット表面は、変位した材料の非平面部分を含み、前記変位した材料の山部が、前記作業表面に平行な変位面を画定する、請求項１に記載の物品。
前記変位面は、前記ベース面の下方にある、請求項２に記載の物品。
前記上面からの前記変位面の深さが、前記複数の微細構造の平均高さよりも大きい、請求項２に記載の物品。
前記上面からの前記変位面の深さは、少なくとも１０μｍである、請求項２に記載の物品。
前記上面からの前記変位面の深さは、５μｍ未満である、請求項２に記載の物品。
前記上面、前記チャネル面、及び前記オフセット表面は、オフセット体積を画定する、請求項６に記載の物品。
前記作業表面の前記縁部は、隣接するチャネル面からオフセット幅又はオフセット長さだけオフセットされている、請求項７に記載の物品。
前記オフセット幅又はオフセット長さは、約１０μｍ〜１ｍｍである、請求項８に記載の物品。
前記オフセット幅又はオフセット長さは、前記作業表面の幅又は長さの約１％〜約５０％である、請求項８に記載の物品。
前記隆起したセルは、多角形である、請求項１に記載の物品。
前記隆起したセルは、矩形、三角形、円形、又は楕円形である、請求項１に記載の物品。
前記複数のチャネルの少なくとも一部は、前記物品の長さにわたって連続的である、請求項１に記載の物品。
前記複数のチャネルの少なくとも一部は、前記物品の長さにわたって不連続である、請求項１に記載の物品。
前記複数のセルは、ヘリンボーン、クロスハッチ、又は湾曲パターンである、請求項１４に記載の物品。
前記微細構造化作業表面は、複数の細孔及び複数の凹凸を含む、請求項１５に記載の物品。
前記オフセット表面の少なくとも一部は、実質的に垂直な段付き表面を有する、請求項１６に記載の物品。
前記オフセット表面は、階段状表面、角度付き表面、及び湾曲表面のうちの少なくとも１つである、請求項１７に記載の物品。
前記オフセット表面は、実質的に垂直な上部と傾斜した下部とを含む、請求項１８に記載の物品。
前記研磨層とは異なる熱膨張係数を有する第２の層を前記研磨層の下方に更に備える、請求項１に記載の物品。
基材を保持するように構成されたキャリヤアセンブリと、
請求項１に記載の物品を備える研磨パッドと、
前記研磨パッドに連結されたプラテンと、
流体成分と研磨成分とを含む研磨溶液と、
を備え、
前記研磨パッドを前記基材に対して移動させるように構成されているシステム。
主表面を有する基材を準備することと、
請求項１に記載の前記物品を備える研磨パッドを準備することと、
流体成分及び研磨成分を含む研磨溶液を含むことと、
前記研磨パッドと前記基材の前記主表面とを相対運動させながら、前記基材の前記主表面を前記研磨パッド及び前記研磨溶液と接触させることと、
を含む、方法。
請求項１に記載の前記物品の作業表面と、前記チャネル表面と、前記オフセット表面と、に対応する構造化表面を有する高精細ツール。
前記構造化表面は、高精細中の材料の変位に適応するオフセット表面を形成するように構成されている、請求項２３に記載の高精細ツール。
前記変位した材料が前記ベース面の下方にくるように、前記構造化表面は、前記オフセット表面に対応する部分を有して構成されている、請求項２３に記載の高精細ツール。
前記変位した材料が前記上面の公差内に収まるように、前記構造化表面は、前記オフセット表面に対応する部分を有して構成されている、請求項２３に記載の高精細ツール。
前記公差は、５μｍ未満である、請求項２６に記載の高精細ツール。