JP6703985B2 - 印刷による化学機械研磨パッド - Google Patents

Description

［０００１］ 本発明は、化学機械研磨に使用される研磨パッドに関する。

［０００２］ ナノメートル以下の特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）を高い信頼度で製造することは、半導体デバイスの次世代の大規模集積（ＶＬＳＩ）及び超大規模集積（ＵＬＳＩ）における重要な技術課題の１つとなっている。しかしながら、回路技術の限界が更新されるたびに、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩインターコネクト技術には、処理能力の向上が求められてきた。基板上に信頼度の高いゲート構造を形成することは、ＶＬＳＩ及びＵＬＳＩの成功にとって、また、個々の基板やダイの回路密度や品質を高めるための継続的な取り組みにとっても重要なことである。

［０００３］ 集積回路は、通常、シリコンウェハ上での導電層、半導電層、又は絶縁層の連続した堆積によって、基板上に形成される。様々な製造プロセスにおいて、基板の層の平坦化が求められている。例えば、特定の用途、例えば、金属層を研磨してパターン層のトレンチにビア、プラグ、及びラインを形成する場合に、パターン層の上面が露出するまで上位層が平坦化される。他の用途、例えば、フォトリソグラフィにおいて誘電体層が平坦化される場合には、下位層の上に所望の厚みが残るまで上位層が研磨される。

［０００４］ 化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板上に堆積された材料層を平坦化又は研磨するため、高密度集積回路の製造で一般的に使用されるプロセスである。キャリアヘッドは、内部に保持されている基板をＣＭＰシステムの研磨ステーションへ提供し、可動式研磨パッドに対して基板を制御可能に付勢する。ＣＭＰは、基板の特徴面（ｆｅａｔｕｒｅ ｓｉｄｅ）を接触させること、及び研磨液がある間に研磨パッドに対して基板を動かすことによって、効果的に実行される。化学的な作用と機械的な作用を組み合わせることで、研磨面と接触している基板の特徴面から材料が除去される。

［０００５］ 化学機械研磨プロセスの１つの目的は、研磨均一性である。基板の異なる領域が異なる速度で研磨された場合、基板の幾つかの領域から材料が過剰に除去される（「過剰研磨」）又は材料の除去が少なすぎる（「研磨不足」）可能性がある。従来の研磨パッドは、「標準」パッドと、固定砥粒研磨パッドを含む。標準パッドは、耐久性のある粗面を有するポリウレタン製研磨層を有し、圧縮性バッキング層も含みうる。対照的に、固定砥粒研磨パッドは、収容媒体に保持された研磨粒子を有し、概して非圧縮性のバッキング層上に支持されうる。研磨パッドは、操作と所望の結果に応じて一義的に選択されうる。

［０００６］ 研磨パッドは通常、ポリウレタン材料を型成形、鋳造、又は焼結することによって作られる。型成形の場合、研磨パッドは、例えば射出成形によって１つずつ作製されうる。鋳造の場合、液状前駆体が鋳込みされ、固形物に硬化され、次に個々のパッド片にスライスされる。これらのパッド片を次に加工して、最終的な厚さにすることができる。複数の溝を研磨面に加工作製することができる、又は射出成形プロセスの一部として形成することができる。研磨パッドの形成は時間がかかり、研磨パッドがＣＭＰでの使用に適したものになるまでには、複数のステップが必要となる。

［０００７］ したがって、研磨パッドを改善する必要がある。

［０００８］ 研磨パッドの製造方法には、３Ｄプリンタによる複数の層の連続堆積が含まれることが開示される。複数の研磨層の各層は、第１のノズルから基材を、また第２のノズルから添加剤を噴射することによって堆積される。基材と添加剤は固まり、凝固したパッド材料を形成することが開示されている。

［０００９］ 本実施形態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実施形態のより具体的な説明の一部は、添付の図面に示される実施形態を参照することによって行われる。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、添付の図面は典型的な実施形態しか例示しておらず、従って、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。

例示的な研磨パッドの概略断面図である。 別の例示的な研磨パッドの概略断面図である。 更に別の例示的な研磨パッドの概略断面図である。 化学機械研磨ステーションの概略的な部分断面図である。 図１Ａの研磨パッドを製造するための３Ｄプリンタを図解する概略断面図である。

［００１５］ 理解を容易にするために、可能な場合には、図に共通する同一の要素を指し示すのに同一の参照番号を使用した。一実施形態の要素及び特徴は、更なる記述がなくとも、他の実施形態に有益に組み込まれうることが、想定されている。

［００１６］ 研磨の均一性を提供するため、均一な圧力が基板表面全体に印加されうるように、研磨パッドは研磨される基板と均一な接触を形成することが必要となる。パッドの厚みの変動は、基板表面全体にわたって均一でない圧力を引き起こしうる。厚みのわずかな変動であっても、印加される圧力に変動をもたらし、その結果、除去は均一でなくなるだけでなく、基板表面上にマイクロスクラッチなどの欠陥が高まることになる。この影響は堅い研磨パッドの場合により顕著で、低い圧力での研磨プロセスでも顕著になる。柔らかい研磨パッドは大きな厚みの変動に適応しうるが、パッドでの溝形成のプロセスは柔らかい研磨パッドでは非均一性が起こりやすい。

［００１７］ 厚みの均一性を改善することができる研磨パッドの製造技術は３Ｄ印刷である。３Ｄ印刷プロセスでは、パッド前駆体（例えば、液体）の薄層は、徐々に堆積されて融合し、完全な３次元研磨パッドを形成する。

［００１８］ 一実施例では、研磨パッドの研磨層の製造方法は、３Ｄプリンタによって複数の層を連続的に堆積することを含み、複数の研磨層の各層は、液体パッド材料前駆体をノズルから噴射すること、並びにパッド材料前駆体を固めて凝固したパッド材料を形成すること、によって堆積される。

［００１９］ 本発明の実装は、一又は複数の下記の特徴を含みうる。複数の層の各層の厚みは、研磨層の全厚みの５０％未満になりうる。複数の層の各層の厚みは、研磨層の全厚みの１％未満になりうる。複数の層の少なくとも一部にパターンを形成するため、コンピュータ上で動作する３Ｄ描画プログラムのパッド前駆体の噴射を制御することによって、研磨層に凹みが形成されることがある。凹みは、研磨パッドの水平表面積全体の１０〜７５％になることがある。凹みの間の平坦域は、０．１〜２．５ｍｍの横寸法を有することがある。凹みは０．２５〜１．５ｍｍの深さを有することがある。凹みは０．１ｍｍ〜２ｍｍの最大横幅寸法を有することがある。凹みは、円筒、角錐台、又はプリズムのうちの一又は複数の形状となることがある。凹みは溝になることもある。パッド材料前駆体の凝固は、パッド材料前駆体の硬化を含みうる。パッド材料前駆体の硬化は、紫外線（ＵＶ）硬化を含みうる。パッド材料前駆体は、ウレタンアクリレートオリゴマー又はアクリレートモノマーを含みうる。凝固したパッド材料は、ポリウレタンを含みうる。研磨粒子は凝固したパッド材料の中で供給されうる。研磨粒子は金属酸化物粒子であってもよい。研磨パッドのバッキング層は、３Ｄプリンタによる複数の層の連続堆積によって形成されうる。バッキング層を形成することは、研磨層の複数の層とは異なる量でバッキング層の複数の層を硬化することを含みうる。バッキング層を形成することは、パッド前駆体材料とは異なる材料を射出することを含みうる。凝固した研磨材料は、一部の領域では約３０から約９０のショアＤ硬度を有し、一方、パッドの他の領域では約２６から約９５のショアＡ硬度を有しうる。パッド材料前駆体は溶けたパッド材料であってもよく、パッド材料前駆体を凝固することは溶けたパッド材料を冷却することを含みうる。

［００２０］ 本発明の利点は以下の一又は複数を含みうる。研磨パッドは、極めて厳密な許容誤差で、すなわち、高精度な厚さ均一性で製造することができる。溝は、厚さ均一性を歪めることなく、研磨パッド内に形成することができる。特に、０．８ｐｓｉ未満、或いは０．５ｐｓｉ未満、或いは０．３ｐｓｉ未満の低い圧力であっても、基板全体の研磨均一性は改善されうる。パッド製造プロセスは、異なる研磨パッド構成や溝パターンにも適用可能である。研磨パッドはより短時間で廉価に製造可能である。

［００２１］ 図１Ａ〜１Ｃを参照すると、研磨パッド１８は研磨層２２を含む。図１Ａに示すように、研磨パッド１８は、研磨層２２からなる単一層であってもよく、或いは図１Ｃに示すように、研磨パッド１８は、研磨層２２と、少なくとも１つのバッキング層２０を含む複数層のパッドであってもよい。一又は複数の実施形態では、バッキング層２０と研磨層２２は、研磨パッド１８を３Ｄ印刷する間に一体形成されうる。

［００２２］ 研磨パッド１８は、第１のゾーン４２、第２のゾーン４１、及び第３のゾーン４３など、一又は複数のゾーンを有してもよい。ゾーン４２、４１、４３は、異なる特性を有する別個の領域であってもよい。一又は複数のゾーン４２、４１、４３は、研磨パッド１８の特性を変えるため、各ゾーン内に組み込まれる添加剤を有してもよい。例えば、ゾーン４１と４３はゾーン４２より堅くてもよい。ゾーン４２、４１、４３はまた、異なる研磨特性、熱特性、或いはその他の特性を有してもよい。これは、ゾーン４２、４１、４３のうちの少なくとも２つで、種類及び／又量の異なる添加剤を使用することによって実現されうる。

［００２３］ 研磨層２２は、研磨プロセスでは不活性材料になることがある。研磨層２２の材料は、プラスチック、例えばポリウレタンになることがある。幾つかの実装では、研磨層２２は比較的強く、硬い材料である。例えば、研磨層２２は、ショアＤスケールで約３０ショアＤ〜約９０ショアＤ、例えば約５０ショアＤ〜約６５ショアＤの硬度を有しうる。他の柔らかい領域では、研磨層２２は、約２６ショアＡ〜約９５ショアＡのショアＡ硬度を有しうる。

［００２４］ 図１Ａに示すように、研磨層２２は、均質組成の層であってもよく、或いは図１Ｂに示すように、研磨層２２は、例えばポリウレタン等のプラスチック材料のマトリクス２９に保持された研磨粒子２８を含んでもよい。研磨粒子２８は、マトリクス２９の材料よりも硬い。研磨粒子２８は、研磨層の約０．０５〜約７５重量％を占めうる。例えば、研磨粒子２８は、研磨層２２の約１重量％未満、例えば約０．１重量％未満であってよい。別の態様では、研磨粒子２８は、研磨層２２の約１０重量％を超えうる、例えば約５０重量％を超えうる。研磨粒子の材料は、セリア、アルミナ、シリカ、又はこれらの組み合わせ等の金属酸化物であってよい。

［００２５］ 研磨層２２は、８０ミル以下、例えば５０ミル以下、例えば２５ミル以下の厚さＤ１を有しうる。調整プロセスは研磨面２４を摩耗させる傾向があるため、研磨層２２の厚さは、研磨パッド１８に、例えば３０００回の研磨及び調整サイクルなど、有用な寿命が提供されるように選択されうる。

［００２６］ 顕微鏡スケールでは、研磨層２２の研磨面２４は、例えば２〜４ミクロンｒｍｓの粗い表面性状を有しうる。例えば、研磨層２２に研削プロセス又は調整プロセスを施して、粗い表面性状を生成することができる。加えて、３Ｄ印刷により、例えば約２００ミクロンまでの小さい均一特徴部が提供されうる。

［００２７］ 研磨面２４では顕微鏡スケールでは粗くなっていてもよいが、研磨層２２は研磨パッド自体の肉眼的スケールの厚さ均一性が良好でありうる（この均一性は、研磨層の底面に対する研磨面２４の高さのグローバル変動を指し、研磨層に意図的に形成されたいかなる肉眼的溝又は貫通孔をも含むものではない）。例えば、厚さの非均一性は１ミル未満でありうる。

［００２８］ オプションとして、研磨面２４の少なくとも一部は、スラリを搬送するために研磨面に形成された複数の溝２６を含みうる。溝２６は、例えば同心円、直線、斜交平行、螺旋等のほぼいかなるパターンのものであってもよい。溝があると仮定すると、研磨面２４、すなわち溝２６間の平坦域は、すなわち研磨パッド１８の水平表面積全体の約２５〜９０％になりうる。従って、溝２６は、研磨パッド１８の水平表面積全体の１０〜７５％を占めうる。溝２６間の平坦域は、約０．１〜２．５ｍｍの横幅を有しうる。

［００２９］ 幾つかの実装では、例えばバッキング層２０がある場合、溝２６は研磨層２２を完全に貫通して延在しうる。幾つかの実装では、溝２６は、研磨層２２の厚さの約２０〜８０％、例えば約４０％を貫通して延在しうる。溝２６の深さは約０．２５〜約１ｍｍであってよい。例えば、約５０ミルの厚さの研磨層２２を有する研磨パッド１８では、溝２６は約２０ミルの深さＤ２でありうる。

［００３０］ バッキング層２０は、研磨層２２よりも柔軟で、より圧縮性が高くなりうる。バッキング層２０は、ショアＡスケールで８０以下の硬度、例えば約６０ショアＡの硬度を有しうる。バッキング層２０は、研磨層２２よりも厚い、又は薄い、又は同じ厚さであってよい。

［００３１］ 例えば、バッキング層２０は、ボイドを有するポリウレタン又はポリシリコン等のオープンセル又はクローズセル発泡体であってよく、これにより加圧下でセルがつぶれ、バッキング層が圧縮される。適切なバッキング層の材料は、コネクチカット州ロジャースのロジャース社のＰＯＲＯＮ４７０１−３０、又はＲｏｈｍ＆Ｈａａｓ社のＳＵＢＡ−ＩＶである。バッキング層の硬度は、層材料と空隙率を選択することによって調節可能である。別の態様では、バッキング層２０は、同じ前駆体から形成され、研磨層と同じ空隙率を有するが、異なる硬化度を有することで異なる硬度を有するようになる。

［００３２］ ここで図２を参照すると、ＣＭＰ装置の研磨ステーション１０において、一又は複数の基板１４が研磨されうる。研磨ステーション１０は、研磨パッド１８がその上に配置される回転可能なプラテン１６を含みうる。研磨ステップの間、研磨液３０、例えば研磨スラリは、スラリ供給ポート又は結合したスラリ／リンスアーム３２によって研磨パッド１８の表面に供給されうる。研磨液３０は、研磨粒子、ｐＨ調節剤、又は化学活性成分を含みうる。加えて、研磨ステーション１０は、研磨パッド１８をスキャンするためのレーザー３１を有しうる。レーザー３１は、研磨パッド１８が使用により摩耗したら、研磨パッド１８を再調整するために使用されうる。

［００３３］ 基板１４は、キャリアヘッド３４によって研磨パッド１８に当接して保持される。キャリアヘッド３４は支持構造、例えば回転台から吊るされ、キャリアドライブシャフト３６によってキャリアヘッドの回転モータに接続されており、これによりキャリアヘッドが軸３８を中心として回転することができる。研磨液３０の存在下での研磨パッド１８と基板１４の相対的な動きにより、基板１４が研磨される。

［００３４］ 研磨パッド１８は３Ｄ印刷プロセスによって製造されうる。３Ｄ印刷研磨パッド１８に適した技術には、指向性エネルギー堆積、粉末床溶融結合、又はシート積層などの技術が含まれる。例えば、ポリジェット３Ｄ技術は、厚さ１６ミクロン（０．０００６インチ）の層による層追加技術である。ポリジェット迅速プロトタイピングプロセスは、研磨パッド１８に高精細且つ正確な層を作りあげるため、高分解能インクジェット技術とＵＶ硬化材料を組み合わせて使用する。別の実施例では、３Ｄプリンタは熱溶解積層方式（ＦＤＭ）を使用して、材料を層に追加的に配置する。研磨パッド材料のフィラメントやワイヤはコイルから巻き戻され、研磨パッドを作るために一体に融合される。更に別の実施例では、３Ｄプリンタは粉末床に結合剤を噴射する。この技術は「結合剤噴射」又は「ドロップオンパウダー」として知られている。粉末床は、研磨パッドを製造するための添加剤並びに基材を含んでもよい。インクジェット印刷ヘッドは粉末床全体を移動し、液状結合材料を選択的に堆積する。粉末の薄層は完了した部分全体に広げられ、直前の層に粘着する各層についてこのプロセスが反復される。別の実施例では、研磨パッドは選択的レーザー焼結を使用して３Ｄ印刷されうる。レーザー又は他の適切な出力源は、レーザーの照準を３Ｄモデルによって画定される粉末内の点に合わせることによって、粉末材料を焼結する。レーザーは材料と結合して、固体構造を生成する。層が完成すると、ビルドプラットフォームが下降し、研磨パッドの次の断面を形成するため、材料の新しい層が焼結される。このプロセスを繰り返すことで、研磨パッドの１つの層を一度に構築する。選択的レーザー溶融（ＳＬＭ）も同様な考え方を利用しているが、ＳＬＭでは様々な結晶構造、空隙率、その他の特性を考慮して、材料は焼結されるのではなく完全に溶融される。別の実施例では、研磨パッドはステレオリソグラフィ（液漕光重合）を利用して３Ｄ印刷される。液漕光重合プロセスは、ＵＶレーザー又は同様な他の出力源などの光を使用することによって研磨パッドを構築し、フォトポリマー樹脂又は光反応性樹脂の液漕中の材料層を選択的に硬化する。もう１つのステレオリソグラフィ技術はデジタル光処理である。デジタル光処理（ＤＬＰ）は、フォトポリマーの液漕中に物体の断面像を投影するプロジェクタを使用する。この光は当該画像の特定の領域だけを選択的に硬化する。直前に印刷された層は、硬化していないフォトポリマーが、プリントとプロジェクタとの間に新たにできた空間を満たす余地を残すように、再配置される。このプロセスを繰り返すことによって、オブジェクトの１つの層を一度に構築する。ＤＬＰを使用して生成される層は、３０ミクロン未満の厚さの層を有しうる。別の実施例では、研磨パッドはシート積層を利用して生成される。研磨パッドは、材料のシートを交互に積み重ね、これらを結合することによって製造される。３Ｄプリンタは次に、材料の境界シートに研磨パッドの輪郭をスライスする。このプロセスを繰り返すことによって、研磨パッドの１つの層（シート）を一度に構築する。更に別の実施例では、研磨パッドは指向性エネルギー堆積（ＤＥＰ）を利用して生成される。ＤＥＰは、材料を溶かして融合するため、熱エネルギーを１点に集めて使用する積層造形プロセスである。材料は電子ビームによって作られる溶融池に流し込まれてもよい。この電子ビームはコンピュータによって誘導され、ビルドプラットフォーム上に研磨パッドの層を形成するよう動き回る。例示の技術は研磨パッドの３Ｄ印刷に適しているが、他の３Ｄ印刷技術についても同様であることを理解されたい。

［００３５］ 添加剤は研磨パッド全体の基材の中で均一の濃度で存在することもあれば、そうでないこともあると理解されたい。添加剤は、研磨パッドの種々の領域内で、濃度が徐々に変化することがある。濃度が異なる区域は、半径方向、方位角方向、極方向、格子点方向、或いはその他の空間的方向に関係性を有する。例えば、添加剤は、研磨パッドのエッジから中心に向かうにつれて、濃度が徐々に上昇又は減少しうる。別の態様では、添加剤は（図１Ｃに示すように）パッドを水平方向９１に横切って、離散的な増分で増加しうる。加えて、添加剤は（図１Ｃに示すように）パッドを垂直方向９２に横切って、離散的な増分で増加しうる。

［００３６］ 図３を参照すると、研磨パッド１８の研磨層２２は、ポリジェット印刷などの３Ｄ印刷プロセスを利用して製造されうる。製造プロセスでは、材料の薄層が徐々に堆積され、溶融される。例えば、液滴５２は液滴噴射プリンタ５５のノズル５４から噴射され、層５０を形成することができる。液滴噴射プリンタはインクジェットプリンタと似ているが、インクの代わりにパッド前駆体材料を使用する。

［００３７］ 液滴噴射プリンタ５５は、コントローラ６０、印刷ヘッド６１、及びエネルギー源６２を有する。コントローラ６０は、材料を支持体５９に堆積するように印刷ヘッド６１を配向し、エネルギー源６２によって材料を硬化する構成された処理装置であってよい。エネルギー源６２は、ビームのエネルギーを堆積した材料の硬化に利用するように構成された、レーザーなどのＵＶ光であってもよい。印刷ヘッド６１とエネルギー源６２は、支持機構５１全体にわたって（矢印Ａで示すように）平行移動する。別の態様では、支持体５９は、印刷ヘッド６１とエネルギー源６２に平面的にアクセスするため、関節接合（ａｒｔｉｃｕｌａｔｅ）してもよい。

［００３８］ 前駆体供給源５８は、ノズル５４Ａへの流体接続部７１を有する。添加剤供給源５７は、ノズル５４Ａへの流体接続部７２Ａを有しうる。一実施形態では、液滴５２Ａは、前駆体供給源５８からのパッド前駆体材料、及び添加剤供給源５７からの添加剤を含みうる。別の態様では、添加剤供給源５７は、添加剤ノズル５４Ｂなどの独立したノズルへの流体接続部７２Ｂを有しうる。添加剤ノズル５４Ｂは液滴５２Ｂを堆積して、ノズル５４Ａからの液滴５２Ａに沿って層５０を形成する。別の実施形態では、液滴５２Ａは前駆体供給源５８からの前駆体材料を含み、液滴５２Ｂは添加剤供給源５７からの添加剤を含む。添加剤ノズル５４Ｂは、添加剤を適用して層５０を形成しながら、添加剤の局所濃度を制御する。

［００３９］ 液滴５２Ａ、５２Ｂは、支持体５９の上に材料の第１の層５０Ａを形成しうる。その後の堆積層５０Ｂに対しては、ノズル５４Ａ、５４Ｂの一方又は両方が凝固済みの材料５６上に噴射することができる。各層５０が凝固した後、３次元研磨層２２が完全に作られるまで、新たな層が前の堆積層の上に堆積する。各層は、ノズル５４Ａと５４Ｂによって、コントローラ６０の上で動作する３Ｄ描画コンピュータプログラムに記憶されたパターンで適用される。各層５０は、研磨層２２の全体の厚みの５０％未満、例えば１０％未満、例えば５％未満、例えば１％未満になりうる。

［００４０］ 支持体５９は堅い基部であってもよく、或いは、ステージリリースのためのポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）の層又は感圧接着剤（ＰＳＡ）などの可撓性フィルムであってもよい。支持体５９がＰＳＡフィルムである場合には、支持体５９は研磨パッド１８の一部を形成しうる。例えば、支持体５９はバッキング層２０、或いはバッキング層２０と研磨層２２との間の層であってもよい。別の態様では、研磨層２２を支持体５９から取り除くことができる。

［００４１］ 液滴５２から形成された層５０の凝固済み材料への転換は、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５０はモノマーであってよく、モノマーはＵＶ硬化によってインシトゥで重合させることができる。更に、添加剤は、摩損性、剛性を変えるＵＶ硬化性ポリマー無機混合物の空隙を生成するため、或いは層５０に温度特性又は磁気特性を生成するため、ＵＶ硬化性フォームであってもよい。パッド前駆体材料は、実質的に堆積の直後に硬化しうるが、パッド前駆体材料の全層５０が堆積した後に、全層５０を同時に硬化させることもできる。別の態様では、液滴５２Ａ、５２Ｂは溶融し冷却されると凝固するポリマーであってもよい。別の態様では、粉末層を広げた後、その粉末層の上に結合材料の液滴５２Ａを噴射させることによって、研磨層２２が作製される。粉末は、研磨パッドの特性を局所的に増強するため、添加剤供給源５７から利用可能な添加剤と同様の添加剤を含みうる。

［００４２］ 上述のように、添加剤供給源５７は、研磨パッド１８の層５０にある種の性質又は特性を導入するため、一又は複数の添加剤を提供する。例えば、添加剤は、ＣＭＰ作業を増強するため、研磨パッドの空隙率、剛性、表面エネルギー、摩損性、伝導性、化学官能性、或いはこれらの特性の組み合わせを変えうる。例えば、添加剤は、摩擦／温度に依存する材料剛性の変化をもたらす。すなわち、摩擦や温度が上昇すると、添加剤によって、基材が、さらには研磨パッド１８が堅くなり、例えば、ディッシング（ｄｉｓｈｉｎｇ）を低減する結果となる。添加剤は、研磨パッド１８の複数の性質又は特性を強めることがあり、研磨パッド１８全体にわたって不均一に、例えば、図１Ｃに示したゾーン４１、４２、４３などに印刷されることがある。例えば、ある場所に多くの添加剤が添加されると研磨パッド１８は更に固くなるが、第２の場所では添加物が少なくなる。添加剤は、研磨パッドとその上で処理される基板との界面で変化しうる組み込まれた化学官能性を提供しうる。例えば、添加物は基板の表面と反応して基板表面を軟化させることがあり、基板表面の機械研磨を促進しうる。３Ｄ印刷されたパッドで実現される独自の特性、及びこのような特性をもたらすために使用される添加剤について以下で説明する。

［００４３］ 通気性のある研磨パッドは、インクジェットバブル、発泡ＵＶ硬化性の特徴（ｆｅａｔｕｒｅｓ）、反応性ジェット噴射又は細孔を形成するためのその他の技術などを利用することによって生成されうる。研磨パッドの多孔性は、粘性のある製剤を急速に撹拌し、その後直ちにＵＶ硬化して気泡をその場に捕捉することによって、最終硬化材料内で実現されうる。別の態様では、（窒素などの）不活性ガスの小泡は添加剤として製剤に導入して使用することが可能で、混合されると直ちに硬化する。細孔は、ポリエチレングリコール（ＰＥＧ）、ポリエチレン酸化物（ＰＥＯ）、空洞粒子、或いは直径約５ｎｍ〜５０μｍの微小球体、例えば、ゼラチン、キトサン、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、メソ多孔質ナノクリレート、カルボキシルメチルセルロース（ＣＭＣ）、マクロ多孔質ヒドロゲル及び乳剤微小球体などのポロゲン（細孔形成剤）を添加することによって実現されうる。別の態様では、塩の粒子（ＮａＣｌ）とＰＥＧをコポロゲンとして組み合わせることによって、リーチング（ｌｅｅｃｈｉｎｇ）技術が使用可能で、塩はその後浸出して細孔を形成する。

［００４４］ 多孔性はまた、ガスを生成して発泡するＵＶ活性核種（例えば、光酸発生剤の助けによって）、例えば、２，２`−アゾビスイソブチロニトリル（ＡＩＢＮ）のような熱開始剤を添加することによって実現されうる。ＵＶに曝露すると、架橋結合の発熱反応は、ＵＶ硬化性製剤を加熱し、これによってＡＩＢＮを活性化する。これはまた、Ｎ_２ガスを生成し、ガスは硬化プロセス中に捕捉され、消えたあとに細孔を残す。別の態様では、ＵＶ硬化性ポリウレタンアクリレート（ＰＵＡ）は微小細孔を生成するため、空洞ナノ粒子を有してもよい。

［００４５］ 添加剤はまた、研磨パッドの研磨品質を高めるために使用されうる。例示的な無機（セラミック）粒子は、研磨パッドの印刷で添加剤として使用されうる。セラミック粒子は研磨パッドの研磨特性を変えることができる。セラミック粒子には、ＳｉＯ_２、ＣｅＯ_２、ＴｉＯ_２、Ａｌ_２Ｏ_３、ＢａＴｉＯ_３、ＨｆＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、ＺｒＯ_２、ＳｎＯ_２、ＭｇＯ、ＣａＯ、Ｙ_２Ｏ_３、ＣａＣＯ_３、Ｓｉ_３Ｎ_４が含まれうる。セラミック粒子のサイズ、すなわち直径は、ＵＶ硬化性ポリマー無機混合物を噴射できるように、約２ｎｍから約１μｍの範囲にある。セラミック粒子はまた、コア又はシェルを含む２つの金属酸化物の任意の組み合わせによるコアシェル粒子であってもよい。例えば、一実施形態では、ＵＶ硬化性でジェット噴射可能な混合物は、４０〜６０％のアクリレートモノマー／反応性溶剤、０．１〜１０％のセリア（セラミック）ナノ粒子、０〜１０％のポロゲン（空洞微小球体）、０．５〜５％の光開始剤及び０．１〜０．５％の熱阻害剤（ヒドロキノンモノメチルエーテル（ＭＥＨＱ））と混合した１０〜６０重量％のポリウレタンアクリレートオリゴマーからなる。この製剤は、約２５°Ｃ〜約８０°Ｃの温度、約２４ｍＮ／ｍの表面エネルギーで、約１０〜２０ｃＰの粘度を生み出す。

［００４６］ 添加剤は、層のポリマーマトリクスに架橋結合するように活性化されうる。研磨パッドの表面は、ポリマーマトリクスを切断するレーザーを含み、プロセス中に研磨粒子を露出するＣＭＰパッドコンディショナーによって活性化されうる。ＣＭＰパッドコンディショナーは、研磨パッドの中で種々の添加剤を活性化するため、一又は複数の様々な出力の波長で構成されうる。加えて、レーザー源は、研磨パッド表面全体をスキャンするスキャニング機構（図２に示したレーザー３１）に連結されてもよく、研磨粒子などの添加物を活性化する。研磨粒子は、研磨パッド１８が使用により摩耗すると利用できるようになる。

［００４７］ 添加剤は熱伝導性であってもよく、及び／又は研磨パッドの熱伝導性を強化してもよい。研磨パッドの熱伝導性添加剤は、基板上に局所温度に依存する研磨効果を生み出すため、基板上に種々の温度プロファイルを有する局所領域を提供することができる。熱伝導性ナノ粒子（ＮＰ）は、添加剤として使用され、また、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｔ、Ｃｕ、これらの金属ＮＰの組み合わせからなる金属間ＮＰ（ＰｔＡｕ、ＰｔＡｇなど）、カーボンブラック、カーボンナノチューブ、及びＦｅコアカーボンシェルなどのコアシェルＮＰを含みうる。

［００４８］ 伝導性添加物と同様に、研磨パッドには磁性添加剤も含まれうる。基板上の研磨力を局所的に制御するように、磁場の異なる領域を生成するため、外部生成磁場は研磨パッドに局所的な力を付加又は生成しうる。磁性粒子は、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｇｄ、Ｄｙ及びこれらの金属の合金に加えて、Ｆｅ_２Ｏ_３、ＦｅＯＦｅ_２Ｏ_３、ＮｉＯＦｅ_２Ｏ_３、ＣｕＯＦｅ_２Ｏ_３、ＭｇＯＦｅ_２Ｏ_３、ＭｎＢｉ、ＭｎＳｂ、ＭｎＯＦｅ_２Ｏ_３、Ｙ_３Ｆｅ_５Ｏ_１２、ＣｒＯ_２、ＭｎＡｓ、及びＥｕＯなどの強磁性粒子を含みうる。

［００４９］ 添加剤はまた、圧電性添加剤を含みうる。圧電性添加剤は、小さな振動を誘導して局所的に研磨結果を高めるため、研磨パッド内で活性化されうる。圧電性材料には、石英、トパーズ、酒石酸ナトリウムカリウム四水和物、ＰＶＤＦ、ＧａＰＯ_４、Ｌａ_３Ｇａ_５ＳｉＯ_１４、ＢａＴｉＯ_３、Ｐｂ［Ｚｒ_ｘＴｉ_１?ｘ］Ｏ_３（ここでは、０?ｘ?１）、ＫＮｂＯ_３、ＬｉＮｂＯ_３、ＬｉＴａＯ_３、Ｎａ_２ＷＯ_３、Ｂａ_２ＮａＮｂ_５Ｏ_５、Ｐｂ_２ＫＮｂ_５Ｏ_１５、ＺｎＯ、（（Ｋ，Ｎａ）ＮｂＯ_３）、ＢｉＦｅＯ_３、ＮａＮｂＯ_３、Ｂｉ_４Ｔｉ_３Ｏ_１２、Ｎａ_０．５Ｂｉ_０．５ＴｉＯ_３、及びその他の適切な材料が含まれる。

［００５０］ 粒子形状の添加剤は、予備成形された粒子として、或いは、対応する無機ゾルゲル反応に対する無機前駆体として、材料に添加されてもよい。例えば、塩化チタニウム及びチタンエテキシドを添加するとＴｉＯ_２粒子が形成されうる。後者は安価で、更に処理費用も低減しうる。この方法の大きな利点は、すべての物質を１つの溶液に一度で混合（したがって、ワンポット合成）できることにある。

［００５１］ ３Ｄ印刷の幾つかの実装では、研磨パッドは、研磨パッドの物理的な特性並びにその研磨結果を調整するように設計された添加剤の分布を有する。しかしながら、本書の開示の教示の範囲内にある様々な変形が行われうることを理解されたい。研磨パッドは、円形または何か他の形状のパッドとすることができる。接着剤層を研磨パッドの底面に適用して、パッドをプラテンに固定することができ、研磨パッドをプラテン上に配置する前に、接着剤層を取り外し可能なライナーでカバーすることができる。加えて、垂直方向の位置決め条件が使用されているが、研磨面及び基板は、上下逆さまに、垂直の配向に、又は他の何らかの配向に保持されうることを理解されたい。

［００５２］ 上述事項は、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から逸脱せずに他の更なる実施形態を考案することができ、本開示の範囲は下記の特許請求の範囲によって規定される。

Claims (28)

1. 研磨パッドを製造する方法であって、
   付加製造システムの印刷ヘッドを用いて複数の研磨パッド層を連続的に堆積することを含み、前記研磨パッド層を堆積することは、
   前記印刷ヘッドの一又は複数のノズルから研磨パッド前駆体材料を含む液滴を噴射することと、
   前記一又は複数のノズルから、研磨粒子、熱伝導性ナノ粒子、細孔形成剤、磁性粒子、圧電性材料、又はそれらの組み合わせを含む添加剤を含む液滴を、前記前駆体材料を含む液滴とは独立に噴射することと、
   前記研磨パッド前駆体材料を重合すること
   を含み、前記研磨パッド層のそれぞれは、重合された前記研磨パッド前駆体材料と前記添加剤の混合物を含み、
   前記研磨パッドにおける前記添加剤の濃度は、前記研磨パッドの第１の方向又は第２の方向に変化し、
   前記第１の方向は前記研磨パッドの研磨面に平行であり、前記第２の方向は前記研磨面に垂直である、
   研磨パッドを製造する方法。
2. 前記研磨パッド前駆体材料の液滴と前記添加剤の液滴は、前記一又は複数のノズルの異なるノズルから噴射される、請求項１に記載の方法。
3. 重合された前記研磨パッド前駆体材料との前記混合物中の前記添加剤の濃度は、前記研磨パッド層にわたって均一ではない、請求項１に記載の方法。
4. 前記添加剤は、熱伝導性ナノ粒子を含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記添加剤は一又は複数の細孔形成剤を含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記添加剤は圧電性材料を含む、請求項１に記載の方法。
7. バッキングパッド前駆体材料の液滴を噴射することを含む前記付加製造システムを用いて、複数のバッキングパッド層を連続的に堆積することを更に含み、前記バッキングパッド前駆体材料は、前記研磨パッド前駆体材料とは異なる、請求項１に記載の方法。
8. 前記研磨パッド層は、約３０ショアＤから約９０ショアＤのショアＤ硬度を有する、請求項１に記載の方法。
9. 前記複数の研磨パッド層の少なくとも１つは横方向にわたって配置された複数の別個のゾーンを含み、前記複数の別個のゾーンはそれぞれ、異なる濃度の添加剤を含む、請求項１に記載の方法。
10. 前記添加剤は、空隙率、剛性、表面エネルギー、摩損性、伝導性、及び化学官能性からなる群から選択される前記研磨パッドの少なくとも１つの特性を変える、請求項９に記載の方法。
11. 研磨パッドであって、
    ポリマーマトリクスを形成する重合された基材と、前記ポリマーマトリクスにおいて前記基材と架橋された添加剤と、を含む複数のプリンタ堆積層を備え、
    前記ポリマーマトリクスにおける前記添加剤の濃度が、前記研磨パッドの第１の方向又は第２の方向に変化し、
    前記第１の方向は前記研磨パッドの研磨面に平行であり、前記第２の方向は前記研磨面に垂直である、
    研磨層を備える、
    研磨パッド。
12. 前記添加剤は、約５ｎｍから約５０ｎｍの間の直径を有する熱伝導性ナノ粒子を含む、請求項１１に記載の研磨パッド。
13. 前記研磨層と一体形成されたバッキング層を更に備え、前記バッキング層は前記研磨層の前記基材とは異なる材料で形成される、請求項１１に記載の研磨パッド。
14. 前記研磨パッドの備える前記複数のプリンタ堆積層の少なくとも１つは、異なる特性を有する２以上の別個の領域を更に備え、第１の別個の領域が第１の濃度の添加剤を有し、第２の別個の領域が第２の濃度の添加剤を有し、前記添加剤の前記第１の濃度と前記添加剤の前記第２の濃度が異なる、請求項１１に記載の研磨パッド。
15. 前記添加剤は、空隙率、剛性、表面エネルギー、摩損性、伝導性、及び化学官能性からなる群から選択される前記研磨層の少なくとも１つの特性を変える、請求項１１に記載の研磨パッド。
16. 研磨パッドを製造する方法であって、
    付加製造システムの印刷ヘッドを用いて、複数の研磨パッド層を連続的に形成することを含み、当該複数の研磨パッド層を連続的に形成することが、
    前記印刷ヘッドの一又は複数のノズルの一つから基材を含む液滴を噴射すること、
    前記印刷ヘッドの前記一又は複数のノズルの一つから添加剤を含む液滴を噴射することであって、前記添加剤を含む液滴が前記基材を含む液滴とは独立して前記印刷ヘッドから噴射され、前記添加剤の液滴が前記研磨パッドにおいて不均一に噴射される、液滴を噴射すること、
    前記基材の前記噴射された液滴を重合して前記研磨パッド層を形成すること、
    を含み、
    前記研磨パッド層が、前記添加剤と架橋した前記基材のポリマーマトリクスを含み、
    前記研磨パッドにおける前記添加剤の濃度は、前記研磨パッドにおいて第１の方向又は第２の方向に変化し、
    前記第１の方向は前記研磨パッドの研磨面に平行であり、前記第２の方向は前記研磨面に垂直である、方法。
17. 前記添加剤は前記研磨パッドの熱伝導率を変える、請求項１６に記載の方法。
18. 前記添加剤は前記研磨パッドの空隙率を変える、請求項１６に記載の方法。
19. 前記添加剤は圧電材料である、請求項１６に記載の方法。
20. 前記複数の研磨パッド層の上に複数の層を連続的に堆積して、前記研磨パッド層とともにバッキング層を一体形成することを更に含む、請求項１６に記載の方法。
21. 前記バッキング層を形成することは、
    前記印刷ヘッドの前記一又は複数のノズルの一つから、前記基材の組成とは異なる材料の組成を有する液滴を噴射すること
    を含む、請求項２０に記載の方法。
22. 前記研磨パッド層は、約３０ショアＤから約９０ショアＤのショアＤ硬度を有する、請求項１６に記載の方法。
23. 前記研磨パッド層は、約５０ショアＤから約６５ショアＤのショアＤ硬度を有する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記研磨パッド層は、約２６ショアＡから約９５ショアＡのショアＡ硬度を有する、請求項１６に記載の方法。
25. 前記複数の研磨パッド層の少なくとも１つは、異なる特性を有する２以上の別個の領域を備え、第１の別個の領域が第１の濃度の添加剤を有し、第２の別個の領域が第２の濃度の添加剤を有し、前記添加剤の前記第１の濃度と前記添加剤の前記第２の濃度が異なる、請求項１６に記載の方法。
26. 前記添加剤は、空隙率、剛性、表面エネルギー、摩損性、伝導性、及び化学官能性からなる群から選択される前記研磨パッド層の少なくとも１つの特性を変える、請求項２５に記載の方法。
27. 前記添加剤の液滴は、前記基材の液滴を噴射するために用いられた前記一又は複数のノズルとは異なる一又は複数のノズルを用いて噴射される、請求項１６に記載の方法。
28. 前記一又は複数のノズルの一つから前記添加剤の液滴を噴射することは、前記重合された基材と架橋された前記添加剤の局所濃度を制御する、請求項１６に記載の方法。

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