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(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】6673912
(24)【登録日】2020年3月9日
(45)【発行日】2020年3月25日
(54)【発明の名称】付加製造プロセスにより製作される研磨パッド
(51)【国際特許分類】
H01L 21/304 20060101AFI20200316BHJP
B24B 37/24 20120101ALI20200316BHJP
C08J 5/14 20060101ALI20200316BHJP
【ＦＩ】
H01L21/304 622F
B24B37/24 B
C08J5/14CER
C08J5/14CEZ
【請求項の数】16
【全頁数】57
(21)【出願番号】特願2017-520508(P2017-520508)
(86)(22)【出願日】2015年10月16日
(65)【公表番号】特表2017-533586(P2017-533586A)
(43)【公表日】2017年11月9日
(86)【国際出願番号】US2015056077
(87)【国際公開番号】WO2016061544
(87)【国際公開日】20160421
【審査請求日】2018年10月16日
(31)【優先権主張番号】62/065,193
(32)【優先日】2014年10月17日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】62/065,270
(32)【優先日】2014年10月17日
(33)【優先権主張国】US
(31)【優先権主張番号】14/695,299
(32)【優先日】2015年4月24日
(33)【優先権主張国】US
(73)【特許権者】
【識別番号】390040660
【氏名又は名称】アプライド マテリアルズ インコーポレイテッド
【氏名又は名称原語表記】ＡＰＰＬＩＥＤ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ，ＩＮＣＯＲＰＯＲＡＴＥＤ
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】バジャージ， ラジーブ
(72)【発明者】
【氏名】レッドフィールド， ダニエル
(72)【発明者】
【氏名】オリラル， マヘンドラ シー．
(72)【発明者】
【氏名】フー， ボイ
(72)【発明者】
【氏名】カンナ， アニルッド ジャグディシュ
(72)【発明者】
【氏名】ファン， ジェイソン ジー．
(72)【発明者】
【氏名】コルネホ， マリオ
(72)【発明者】
【氏名】チョカリンガム， アシュウィン
(72)【発明者】
【氏名】ヤマムラ， マユ フェリシア
(72)【発明者】
【氏名】カキレディ， ラーガバ
(72)【発明者】
【氏名】クマル， アシャヴァニ
(72)【発明者】
【氏名】ハリハラン， ヴェンカタチャラム
(72)【発明者】
【氏名】メンク， グレゴリー イー．
(72)【発明者】
【氏名】レデカー， フレッド シー．
(72)【発明者】
【氏名】パティバンドラ， ナグ ビー．
(72)【発明者】
【氏名】ング， ホウ ティー
(72)【発明者】
【氏名】ダヴェンポート， ロブ
(72)【発明者】
【氏名】シンハ， アムリタンシュ
【審査官】
内田 正和
(56)【参考文献】
【文献】
特表２００１−５０７９９７（ＪＰ，Ａ）
【文献】
特表２０１３−５３００６１（ＪＰ，Ａ）
【文献】
米国特許出願公開第２０１３／０２８３７００（ＵＳ，Ａ１）
【文献】
特表２００８−５４６１６７（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）
Ｈ０１Ｌ ２１／３０４
Ｂ２４Ｂ ３７／２４
Ｃ０８Ｊ ５／１４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
研磨パッドを形成する方法であって、
第１の材料と第２の材料の混合物を含む前記研磨パッドを形成することを含み、前記研磨パッドを形成することは、
所定の第１の堆積パターンにしたがって、表面全体に第１の材料前駆体の複数の液滴を配置することと、
所定の第２の堆積パターンにしたがって、前記表面全体に第２の材料前駆体の複数の液滴を配置することと、
電磁放射に露出することによって前記第１の材料前駆体と前記第２の材料前駆体の配置された液滴を部分的に硬化して、部分的に硬化されたポリマー層を形成すること
を順に繰り返すことを含み、
前記第２の材料前駆体の組成物は、前記第１の材料前駆体の組成物と異なり、
前記第１の材料前駆体と前記第２の材料前駆体はそれぞれ、一又は複数の樹脂成分と硬化剤とを含み、
前記第１の材料前駆体の少なくともいくつかの液滴と、前記第２の材料前駆体の少なくともいくつかの液滴は、間で部分的に混合可能なように互いに対して配置される、方法。
第１の材料と第２の材料の混合物を含む前記研磨パッドを形成することを含み、前記研磨パッドを形成することは、
所定の第１の堆積パターンにしたがって、表面全体に第１の材料前駆体の複数の液滴を配置することと、
所定の第２の堆積パターンにしたがって、前記表面全体に第２の材料前駆体の複数の液滴を配置することと、
電磁放射に露出することによって前記第１の材料前駆体と前記第２の材料前駆体の配置された液滴を部分的に硬化して、部分的に硬化されたポリマー層を形成すること
を順に繰り返すことを含み、
前記第２の材料前駆体の組成物は、前記第１の材料前駆体の組成物と異なり、
前記第１の材料前駆体と前記第２の材料前駆体はそれぞれ、一又は複数の樹脂成分と硬化剤とを含み、
前記第１の材料前駆体の少なくともいくつかの液滴と、前記第２の材料前駆体の少なくともいくつかの液滴は、間で部分的に混合可能なように互いに対して配置される、方法。
【請求項2】
前記第１の材料前駆体の前記一又は複数の樹脂成分の少なくとも一つが第１のオリゴマーを含み、前記第２の材料前駆体の前記一又は複数の樹脂成分の少なくとも一つが第２のオリゴマーを含み、前記第１のオリゴマーと前記第２のオリゴマーがそれぞれ、多官能性ウレタンオリゴマー、ポリエステルアクリレートオリゴマー、ポリエーテルアクリレートオリゴマー、エポキシアクリレートオリゴマー、及びそれらの組み合わせから成る群から選択される、請求項１に記載の方法。
【請求項3】
前記第１の材料前駆体の前記一又は複数の樹脂成分の少なくとも一つが、一官能性アクリレートモノマー、多官能性アクリレートモノマー、及びそれらの組み合わせから成る群から選択されたモノマーである、請求項２に記載の方法。
【請求項4】
前記第１の材料前駆体の前記硬化剤が、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン、ホスフィンオキシド、ベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物、及びそれらの組み合わせから成る群から選択された光開始剤を含み、
前記第２の材料前駆体の前記硬化剤が、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン、ホスフィンオキシド、ベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物、及びそれらの組み合わせから成る群から選択された光開始剤を含む、請求項３に記載の方法。
前記第２の材料前駆体の前記硬化剤が、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン、ホスフィンオキシド、ベンゾフェノン化合物、チオキサントン化合物、及びそれらの組み合わせから成る群から選択された光開始剤を含む、請求項３に記載の方法。
【請求項5】
前記第１の材料前駆体の配置された前記液滴のそれぞれを部分的に硬化した結果、前記液滴は、先に形成されたアクリレートポリマー層の表面に対して５０度以上の接触角を有する、請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項6】
前記第１の材料前駆体と前記第２の材料前駆体の配置された前記液滴を部分的に硬化することがさらに、その下に配置された前記先に形成されたアクリレートポリマー層を硬化する、請求項５に記載の方法。
【請求項7】
前記第１の材料前駆体の前記一又は複数の樹脂成分が、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマーと多官能性アクリレートモノマーとを含み、
前記第２の材料前駆体の前記一又は複数の樹脂成分の少なくとも一つが、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマーを含み、
前記第１の材料前駆体の前記硬化剤が、アミン共力剤と、ベンゾフェノン化合物及びチオキサントン化合物から成る群から選択された光開始剤を含み、
前記第２の材料前駆体の前記硬化剤が、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン、及びホスフィンオキシドから成る群から選択された光開始剤を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
前記第２の材料前駆体の前記一又は複数の樹脂成分の少なくとも一つが、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマーを含み、
前記第１の材料前駆体の前記硬化剤が、アミン共力剤と、ベンゾフェノン化合物及びチオキサントン化合物から成る群から選択された光開始剤を含み、
前記第２の材料前駆体の前記硬化剤が、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン、及びホスフィンオキシドから成る群から選択された光開始剤を含む、請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項8】
付加製造システムを使用して前記部分的に硬化されたポリマー層を順次複数形成し、前記方法がさらに、前記付加製造システムの処理環境中の酸素濃度を、空気を排出することによって制御することを含む、請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
【請求項9】
前記研磨パッドに、前記第１の材料及び前記第２の材料とは異なる第３の材料で、観察窓を形成することをさらに含み、
前記第３の材料が、２８０ｎｍから３９９ｎｍの間の波長で３５％超の透過率を有し、及び４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長で７０％超の透過率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
前記第３の材料が、２８０ｎｍから３９９ｎｍの間の波長で３５％超の透過率を有し、及び４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長で７０％超の透過率を有する、請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
【請求項10】
前記第３の材料が、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、エポキシ基を含む材料、又はそれらの組み合わせを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項11】
研磨パッドを形成する方法であって、
第１の前駆体配合物の複数の液滴を第１のパターンで第１の材料組成を含む前に形成された層の表面全域に分配することであって、前記第１の前駆体配合物が、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマーと、第１の樹脂前駆体成分と、第１の硬化剤とを含む、分配することと、
第２の前駆体配合物の複数の液滴を第２のパターンで前記前に形成された層の表面全域に分配することであって、前記第２の前駆体配合物が、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマーと、第２の樹脂前駆体成分と、第２の硬化剤とを含む、分配することと、
前記第１の前駆体配合物の分配された前記液滴及び前記第２の前駆体配合物の分配された前記液滴を電磁放射に第１の期間露出し、前記第１の前駆体配合物の前記液滴及び前記第２の前駆体配合物の前記液滴を部分的にのみ硬化させることと
を含む、方法。
第１の前駆体配合物の複数の液滴を第１のパターンで第１の材料組成を含む前に形成された層の表面全域に分配することであって、前記第１の前駆体配合物が、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマーと、第１の樹脂前駆体成分と、第１の硬化剤とを含む、分配することと、
第２の前駆体配合物の複数の液滴を第２のパターンで前記前に形成された層の表面全域に分配することであって、前記第２の前駆体配合物が、多官能性ウレタンアクリレートオリゴマーと、第２の樹脂前駆体成分と、第２の硬化剤とを含む、分配することと、
前記第１の前駆体配合物の分配された前記液滴及び前記第２の前駆体配合物の分配された前記液滴を電磁放射に第１の期間露出し、前記第１の前駆体配合物の前記液滴及び前記第２の前駆体配合物の前記液滴を部分的にのみ硬化させることと
を含む、方法。
【請求項12】
前記第１のパターンで分配された前記第１の前駆体配合物の前記液滴が前記研磨パッドの第１の特徴を形成するために使用され、前記第２のパターンで分配された前記第２の前駆体配合物の前記液滴が前記研磨パッドの第２の特徴を形成するために使用され、形成された前記第１の特徴が前記研磨パッドの研磨表面を成す、請求項１１に記載の方法。
【請求項13】
前記第１の硬化剤及び前記第２の硬化剤の一方又は両方が、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン、ホスフィンオキシド、ベンゾフェノン化合物、及びチオキサントン化合物から成る群から選択された光開始剤を含む、請求項１１または１２に記載の方法。
【請求項14】
前記第１の樹脂前駆体成分が、硬化されると４０℃超のガラス転移温度を有し、前記第２の樹脂前駆体成分が、硬化されると４０℃より低いガラス転移温度を有する、請求項１１から１３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項15】
前記第１の前駆体配合物と前記第２の前駆体配合物の分配された前記液滴を電磁放射に露出することが、空気より低い酸素濃度を有する環境で実施される、請求項１１から１４のいずれか一項に記載の方法。
【請求項16】
前記研磨パッドに、実質的に透明な材料で、観察窓を形成することをさらに含み、
前記実質的に透明な材料が、形成された前記研磨パッドにおいて、２８０ｎｍから３９９ｎｍの間の波長で３５％超の透過率を有し、及び４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長で７０％超の透過率を有する、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
前記実質的に透明な材料が、形成された前記研磨パッドにおいて、２８０ｎｍから３９９ｎｍの間の波長で３５％超の透過率を有し、及び４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長で７０％超の透過率を有する、請求項１１から１５のいずれか一項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書で開示される実施形態は、概して、研磨物品、及び研磨プロセスで使用される研磨物品を製造するための方法に関する。更に詳しくは、本明細書で開示される実施形態は、改良された研磨パッド特性及び調整可能な性能を含む性能をもたらすプロセスによって製作される研磨パッドに関する。
【背景技術】
【0002】
化学機械研磨（ＣＭＰ）は、基板の表面を平坦化するために様々な業界で使用されている従来型のプロセスである。半導体分野では、デバイス特徴サイズが縮小し続けているので、研磨及び平坦化の均一性がますます重要になってきている。ＣＭＰプロセス中に、デバイス表面が回転している研磨パッドに対して載置された状態で、シリコンウエハなどの基板がキャリアヘッドに装着される。キャリアヘッドは、基板に制御可能な荷重をかけ、デバイス表面を研磨パッドに押し付ける。研磨粒子を有するスラリ等の研磨液が通常、移動する研磨パッド及び研磨ヘッドの表面に供給される。研磨パッド及び研磨ヘッドは、機械エネルギーを基板に適用するが、パッドはまた、研磨プロセス中に基板と相互作用するスラリの搬送を制御するのにも役立つ。研磨パッドは、典型的には粘弾性ポリマー材料で作られているので、研磨パッドの機械的特性（例えば、弾性、反発力、硬度及び剛性）、並びにＣＭＰ処理条件は、ＩＣダイレベル（微細な／ナノスケールの）及びウエハ又はグローバルレベル（巨視的な）でＣＭＰ研磨性能に著しい影響を与える。例えば、パッド圧縮、パッドの反発、摩擦、及び処理中の温度変化などのＣＭＰプロセスの力と条件、並びに研磨水性スラリの化学的性質は、研磨パッドの特性と、更にはＣＭＰ性能に影響を与えるだろう。
【0003】
研磨システムで行われる化学機械研磨プロセスは、典型的には、完全な研磨プロセスの異なる部分を実行する複数の研磨パッドを含むだろう。研磨システムは、典型的には、第１のプラテン上に配置される第１の研磨パッドを含み、基板の表面に第１の材料除去速度と、第１の表面仕上げと第１の平坦性とが生成される。第１の研磨ステップは、典型的には、粗い研磨ステップとして知られており、一般的に高い研磨速度で行われる。このシステムはまた、通常、少なくとも追加のプラテン上に配置される少なくとも１つの追加の研磨パッドを含み、基板の表面に第２の材料除去速度と第２の表面仕上げと平坦性とが生成されるだろう。第２の研磨ステップは、典型的には、精密研磨ステップとして知られており、一般的には、粗い研磨ステップより遅い速度で行われる。いくつかの構成では、システムはまた、第３のプラテンに配置されている第３の研磨パッドを含み、基板の表面に第３の除去速度と第３の表面仕上げと平坦性とが生成され得る。第３の研磨ステップは、典型的には、物質除去又はバフ研磨ステップとして知られている。複数のパッド研磨プロセスは、パッドが異なる研磨特性を有し、基板が漸進的に精密研磨されるか、研磨特性が研磨中に遭遇する異なる層、例えば、酸化物表面の下にある金属線など、を補償するように調節される、マルチステッププロセスで使用することができる。
【0004】
各ＣＭＰ処理ステップの間、研磨パッドは、圧縮及び反発サイクル、加熱及び冷却サイクル、並びに研磨スラリの化学的性質に曝される。最終的に、研磨パッドは、特定の数の基板を研磨した後に摩耗し又は「グレーズされ（ｇｌａｚｅｄ）」、よって交換又は再調整が必要となる。
【0005】
従来の研磨パッドは、通常、ポリウレタン材料を含むポリマー材料を成形、鋳造又は焼結することによって作られる。成形の場合、研磨パッドは、例えば注入成形によって、１つずつ作られることがある。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。次にこれらのパッド片を機械加工して、最終的な厚さにすることができる。スラリ輸送を助ける溝を含むパッド表面特徴は、研磨面に機械加工することができ、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。研磨パッドを製造するこれらの方法は、高価で時間がかかり、パッド表面特徴寸法の製造及び制御が困難であるために不均一な研磨結果が生じることが多い。ＩＣダイ及び特徴の寸法が縮小し続けているため、不均一性がますます重要になってきている。
【0006】
現在のパッド材料及びそれらを製作する方法は、パッド性能において重要な役割を果たす、貯蔵弾性率（Ｅ’）及び損失弾性率（Ｅ’’）などの操作及び微細制御バルクパッド特性を制限する。従って、均一なＣＭＰは、例えば、約３０℃から約９０℃までのＣＭＰ処理温度範囲にわたって更に維持される貯蔵弾性率Ｅ’と損失弾性率Ｅ’’との予測可能かつ微細制御されたバランスを伴う、溝やチャネルなどのパッド材料及び表面特徴を必要とする。残念なことに、従来のバルクポリメリゼーション、鋳造及び成形技術による従来のパッド製作は、パッドが、分子内反発力及び引力、及び可変ポリマー鎖の絡み合いを受ける相分離した高分子ドメインのランダム混合体であるので、わずかなパッド特性（例えば、係数）制御を提供するだけである。例えば、バルクパッド中の相分離したミクロ構造ドメイン及び巨視的構造ドメインの存在は、典型的には、基板の複数のバッチのＣＭＰ処理中に生じる複数の加熱及び冷却サイクルにわたる貯蔵弾性率Ｅ’のヒステリシスなど、非線形材料応答の付加的な組合せをもたらすことがあり、結果として基板のバッチ全域に不均一性及び予測不能な性能をもたらす可能性がある。
【0007】
従来の研磨パッド及びその製造方法に関連する欠点のために、新しい研磨パッド材料、並びにパッド特徴形状寸法の制御と、パッドの材料、化学的特性及び物理的特性の微細制御を提供する研磨パッドの新しい製造方法が必要とされている。このような改良により、基板全域にわたってなど、顕微鏡レベル及び巨視的レベルの両方で、改善された研磨均一性がもたらされることが期待される。
【発明の概要】
【0008】
本開示の実施形態は、基板の表面を研磨するように構成されている研磨面を有する研磨パッドであって、各々が複数の第１のポリマー層を含む複数の第１の研磨要素であって、複数の第１のポリマー層のうちの少なくとも１つが研磨面を形成する、複数の第１の研磨要素と、各々が複数の第２のポリマー層を含む一又は複数の第２の研磨要素であって、一又は複数の第２の研磨要素の各々のうちの少なくとも１つの領域が、複数の第１の研磨要素のうちの少なくとも１つと研磨パッドの支持面との間に配置されている、一又は複数の第２の研磨要素とを含む研磨パッドを提供し得る。幾つかの構成では、複数の第１のポリマー層が、第１のポリマー組成物を含み、複数の第２のポリマー層が、第２のポリマー組成物を含む。第１の研磨要素が第１の材料を含み得、第２の研磨要素が第２の材料を含み得、第１の材料が第１の液滴組成物から形成され、第２の材料が第２の液滴組成物から形成されている。幾つかの実施形態では、第２の液滴組成物は、第１の液滴組成物が含む量より多くの量の樹脂前駆体組成物材料を含み得、樹脂前駆体組成物材料は、約４０℃以下のガラス転移温度を有し得る。幾つかの実施形態では、第１の液滴組成物が、第２の液滴組成物が含む量より多くの量のオリゴマー及び樹脂前駆体組成物材料を含み、オリゴマー及び樹脂前駆体組成物材料が、２以上の官能基数を有する。幾つかの実施形態では、第１の液滴組成物が、２以上の官能基数を有するオリゴマー及び樹脂前駆体組成物材料を含み、第２の液滴組成物が、２以下の官能基数を有する樹脂前駆体組成物材料を含む。
【0009】
本開示の実施形態は、基板の表面を研磨するように構成されている研磨面を有する研磨パッドであって、各々が第１のポリマー材料を含む複数の第１のポリマー層を含む複数の第１の研磨要素であって、複数の第１のポリマー層のうちの少なくとも１つが研磨面を形成する、複数の第１の研磨要素と、複数の第１の研磨要素のうちの少なくとも１つと研磨パッドの支持面との間に配置されているベース領域であって、ベース領域が、各々が第１の樹脂前駆体組成物材料の複数の硬化した液滴と第２の樹脂前駆体組成物材料の複数の硬化した液滴とを含む複数の層を含む、ベース領域とを含む研磨パッドを更に提供し得る。
【0010】
本開示の実施形態は、研磨物品を形成する方法であって、第１の液体の第１の液滴を研磨本体の一部の表面に分配することであって、表面が、第１の液体のある量を硬化させることによって形成される第１の材料を含む、分配することと、第１の液滴内の材料を部分的にのみ硬化させるために、第１の液体の分配された第１の液滴を電磁放射に第１の期間露出することであって、第１の液体の分配された第１の液滴を露出することは、第２の期間が経過した後に発生し、第２の期間は、第１の液滴が表面に配置されるときに開始する、露出することとを含む方法を更に提供し得る。第１の液滴は、ウレタンアクリレート、表面硬化光開始剤及びバルク硬化光開始剤を含み得、バルク硬化光開始剤が、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン、及びホスフィンオキシドから成る群から選択された材料を含み、表面硬化光開始剤が、ベンゾフェノン化合物及びチオキサントン化合物から成る群から選択された材料を含む。
【0011】
本開示の実施形態は、研磨物品を形成する方法であって、第１の液体のある量を研磨本体の一部の表面に分配することであって、表面が、第１の液体のある量を硬化させることによって形成される第１の材料を含む、分配することと、第１の液体の第１の量を部分的にのみ硬化させるために、第１の液体の分配された第１の量を源から生成された電磁放射に第１の期間露出することであって、第１の液体の分配された第１の量を露出することが第２の期間が経過した後に発生する、露出することとを含む方法を更に提供し得る。方法はまた、第２の液体のある量を研磨本体の一部の表面に分配することであって、第２の液体のある量が第１の液体のある量に隣接して位置付けられる、分配することと、第２の液体のある量を部分的にのみ硬化させるために、第２の液体の分配された量を源から生成された電磁放射に第３の期間露出することであって、第１の液体のある量と第２の液体のある量が源から生成された電磁放射に同時に露出される、露出することとを含み得る。
【0012】
本開示の実施形態は、研磨パッドを形成する方法であって、表面上に複数の層を形成することであって、表面の一又は複数の領域の上に第１の組成物のある量を堆積させることを含む、形成することと、表面の一又は複数の第２の領域の上に第２の組成物のある量を堆積させることであって、一又は複数の第１の領域と一又は複数の第２の領域とが複数の層の各々の連続部分を形成する、堆積させることと、第１の組成物の分配された量と第２の組成物の分散された量との一部を部分的にのみ硬化させるために、一又は複数の第１の領域及び一又は複数の第２の領域を源から生成された電磁放射に第１の期間露出することと含む、研磨パッドを形成する方法を更に提供し得る。
【0013】
本開示の実施形態は、研磨物品を形成する方法であって、複数のウレタンアクリレートポリマー層を形成することであって、第１の量の第１の多官能性ウレタンアクリレートオリゴマー、第１の量の第１のモノ若しくは多官能性アクリレートモノマー及び第１の量の第１の硬化剤を混合し、第１の前駆体配合物を付加製造プロセスを使用して分配可能にする第１の粘度を有する第１の前駆体配合物を形成することと、第２の量の第１の多官能性ウレタンアクリレートオリゴマー、第２の量の第１のモノ若しくは多官能性アクリレートモノマー及び第２の量の第１の硬化剤を混合し、第２の前駆体配合物を付加製造プロセスを使用して分配可能にする第２の粘度を有する第２の前駆体配合物を形成することとを含む複数のウレタンアクリレートポリマー層を形成することと、付加製造プロセスの使用により、第１の前駆体配合物を表面の第１の領域に分配することと、付加製造プロセスの使用により、第２の前駆体配合物を表面の第２の領域に分配することと、分配された第１の量の第１の前駆体配合物及び分配された第１の量の第２の前駆体配合物を電磁放射に第１の期間露出し、第１の量の第１の前駆体配合物及び第１の量の第２の前駆体配合物を部分的にのみ硬化させることとを含む方法を更に提供し得る。
【0014】
本開示の実施形態は、研磨物品を形成する方法であって、複数のウレタンアクリレートポリマー層を形成することであって、第１の前駆体配合物の複数の液滴を第１のパターンで第１の材料組成を含む研磨本体の表面全域に分配することであって、第１の前駆体配合物が、第１の多官能性ウレタンアクリレートオリゴマー、第１の量の第１の多官能性アクリレート前駆体及び第１の量の第１の硬化剤を含む、分配することと、第２の前駆体配合物の複数の液滴を第２のパターンで研磨本体の表面全域に分配することであって、第２の前駆体配合物が、第１の多官能性ウレタンアクリレートオリゴマー及び／又は第１の多官能性アクリレート前駆体を含む、分配することと、第１の前駆体配合物の分配された液滴及び第２の前駆体配合物の分配された液滴を電磁放射に第１の期間露出し、第１の前駆体配合物の液滴及び第２の前駆体配合物の液滴を部分的にのみ硬化させることとを含む、形成することを含む方法を更に提供し得る。
【0015】
本開示の実施形態は、基板の表面を研磨するように構成されている研磨面を有する研磨パッドであって、各々が第１のポリマー材料を含む複数の第１のポリマー層を含む複数の第１の研磨要素であって、複数の第１のポリマー層のうちの少なくとも１つが研磨面を形成する、複数の第１の研磨要素と、複数の第１の研磨要素のうちの少なくとも１つと研磨パッドの支持面との間に配置されているベース領域を含む研磨パッドを更に提供し得る。ベース領域は、各々が第１のポリマー材料の複数の硬化した液滴を含む複数の層と、第２のポリマー材料の複数の硬化した液滴とを含み得、第１のポリマー材料が、６より大きい第１のＥ’３０／Ｅ’９０比を有している。場合によっては、第２のポリマー材料はまた、６より大きい第２のＥ’３０／Ｅ’９０比を有していてもよく、第１のＥ’３０／Ｅ’９０比と第２のＥ’３０／Ｅ’９０比とは異なる。
【0016】
本開示の実施形態は、基板の表面を研磨するように構成されている研磨面を有する研磨パッドであって、各々が第１のポリマー材料を含む複数の第１のポリマー層を含む複数の第１の研磨要素であって、複数の第１のポリマー層のうちの少なくとも１つが研磨面を形成する、複数の第１の研磨要素と、複数の第１の研磨要素のうちの少なくとも１つと研磨パッドの支持面との間に配置されているベース領域であって、ベース領域が、各々が第１のポリマー材料の複数の硬化した液滴と第２のポリマー材料の複数の硬化した液滴とを含む複数の層を含む、ベース領域とを含む研磨パッドを更に提供し得る。第１のポリマー材料は第１の貯蔵弾性率を有し、第２のポリマー材料は第２の貯蔵弾性率を有し得、第１の貯蔵弾性率は第２の貯蔵弾性率より大きく、ベース領域は第２のポリマー材料対第１のポリマー材料のより大きな体積百分率を含む。
【0017】
本開示の上述の特徴を詳細に理解できるように、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は、その一部が添付図面に示されている実施形態を参照することによって得ることができよう。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、添付図面は、この開示の典型的な実施形態のみを示しており、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。
【図面の簡単な説明】
【0018】
【図1A】研磨ステーションの概略断面図である。
【図2A】本開示の実施形態による、研磨パッドの概略等角断面図である。
【図2B】本開示の実施形態による研磨パッドの概略部分上面図である。
【図2C】本開示の実施形態による研磨パッドの概略等角断面図である。
【図2D】本開示の実施形態による研磨パッドの一部の概略側断面図である。
【図2E】本開示の実施形態による研磨パッドの一部の概略側断面図である。
【図2F】本開示の実施形態による研磨パッド設計の上面図である。
【図2G】本開示の実施形態による研磨パッド設計の上面図である。
【図2H】本開示の実施形態による研磨パッド設計の上面図である。
【図2I】本開示の実施形態による研磨パッド設計の上面図である。
【図2J】本開示の実施形態による研磨パッド設計の上面図である。
【図2K】本開示の実施形態による研磨パッド設計の上面図である。
【図3A】本開示の実施形態による、高度な研磨パッドを製造するためのシステムの概略図である。
【図4A】本開示の少なくとも１つの実施形態による、高度な研磨パッドを形成するために使用されるピクセルチャートの上面図である。
【図4B】本開示の少なくとも１つの実施形態による、高度な研磨パッドを形成するために使用されるピクセルチャートの上面図である。
【図4C】本開示の少なくとも１つの実施形態による、高度な研磨パッドを形成するために使用されるピクセルチャートの上面図である。
【図4D】本開示の少なくとも１つの実施形態による、高度な研磨パッドを形成するために使用されるピクセルチャートの上面図である。
【図4E】本開示の実施形態による、ウェブ型又はロールツーロール型の研磨パッドの概略上面図である。
【図4F】本開示の実施形態による研磨パッドの一部の概略側断面図である。
【図5A】本開示の実施形態による、様々な材料及び高度な研磨パッドについての損失係数対温度のグラフを示す。
【図5B】本開示の実施形態による、高度な研磨パッドで使用することができる材料についての応力対歪みのグラフを示す。
【図5C】本開示の実施形態による、研磨システムの周期的処理を受けるパッド材料についての貯蔵弾性率対温度の変化のグラフを示す。
【図6】本開示の実施形態による研磨パッドの一部の概略側断面図である。
【図7】本開示の実施形態による、透明な領域が内部に形成されている研磨パッドの概略側断面図である。
【図8】本開示の実施形態による、支持泡層を含む研磨パッドの概略透視断面図である。
【図9A】本開示の実施形態による、様々な材料及び高度な研磨パッドについての損失係数対温度のグラフを示す。
【図9B】本開示の実施形態による、高度な研磨パッドの一部の概略側断面図である。
【図9C】本開示の実施形態による、高度な研磨パッドの一部の概略側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0019】
理解を容易にするため、可能な場合には、図に共通する同一の要素を示すのに共通の用語を使用した。１つの実施形態で開示される要素は、特定の記述がなくても他の実施形態で有益に利用できることが企図されている。
【0020】
本開示は、調整可能な化学的、材料的及び構造的な特性を有する高度な研磨パッド、及びその研磨パッドを製造する新たな方法に関する。本開示の一又は複数の実施形態によれば、改良された特性を有する研磨パッドが、３次元（３Ｄ）印刷プロセスなどの付加製造プロセスにより製作され得ることが分かった。本開示の実施形態は、官能性ポリマー、官能性オリゴマー、モノマー、反応性希釈剤、流動添加物、硬化剤、光開始剤、及び硬化共力剤を含むがこれらに限定されない前駆体（例えば、「樹脂前駆体組成物」）から形成される少なくとも２つの異なる材料から形成された個別の特徴及び形状寸法を有している高度な研磨パッドを提供する。樹脂前駆体組成物材料は、少なくとも単官能基であり得、フリーラジカル、ルイス酸、及び／又は電磁放射に曝されるとポリメリゼーションを受けることがある、官能性ポリマー、官能性オリゴマー、モノマー、及び反応性希釈材を含み得る。１つの例として、高度な研磨パッドは、少なくとも１つの樹脂前駆体組成物の自動連続堆積により、更にはその後に続く少なくとも１つの硬化ステップにより、複数のポリマー層から形成され得、各層は、少なくとも１つのポリマー組成物、及び／又は異なる組成物の領域を表し得る。幾つかの実施形態では、高度な研磨パッドの層及び／又は領域は、金属、半金属酸化物、炭化物、窒化物及び／又はポリマー粒子などの少なくとも１つの充填剤を含む放射硬化ポリマーなどの複合材料構造を含み得る。幾つかの実施形態では、摩耗抵抗を増大させ、摩擦を低減し、摩耗に耐え、パッド全体若しくはパッドのある領域の架橋結合及び／又は熱伝導率を高めるために、充填剤が使用され得る。したがって、パッド本体を含み、そのパッド本体の上方、上部及び内部に生成される個別の特徴を含む高度な研磨パッドが、複数の異なる材料及び／又は材料組成から同時に形成され得、よってパッド構造及び特性のミクロンスケール制御が可能になる。
【0021】
更に、完全な研磨プロセス範囲にわたり所望のパッド研磨特性を含む研磨パッドが提供される。典型的な研磨パッド特性は、研磨パッド及び完全な研磨パッド構造の組成物特性内で個々の材料によって影響される、研磨パッドの静的特性及び動的特性の両方を含む。高度な研磨パッドは、形成された研磨パッド内部の一又は複数の方向に材料組成の勾配を含む複数の個別の材料及び／又は領域を含む領域を含み得る。研磨プロセスの範囲にわたって所望の研磨性能を有する高度な研磨パッドを形成するために調整できる機械特性の幾つかの例には、貯蔵弾性率Ｅ’、損失弾性率Ｅ’’、硬度、耐力強度、最終引張強度、伸び、熱伝導率、ゼータ電位、質量密度、表面張力、ポアソン比（Ｐｏｉｓｏｎ’ｓ ｒａｔｉｏ）、破壊靱性、表面粗さ（Ｒａ）及び他の関連特性が含まれるが、これらに限定されない。高度な研磨パッド内で調整することができる動的特性の幾つかの例には、損失係数（ｔａｎδ）、貯蔵弾性率比（又はＥ’３０／Ｅ’９０比）及びエネルギー損失係数（ＫＥＬ）などの他の関連パラメータが含まれ得るが、これらに限定されない。エネルギー損失係数（ＫＥＬ）は、パッド材料の弾性反発及び減衰効果に関連する。ＫＥＬは、以下の方程式によって定義され得る：ＫＥＬ＝ｔａｎδ＊１０１２／［Ｅ’＊（１＋（ｔａｎδ）２）］、ここでＥ’はパスカルである。ＫＥＬは、典型的には、４０℃の温度及び１又は１．６ヘルツ（Ｈｚ）の周波数での動的機械分析（ＤＭＡ）の方法を用いて測定される。別段の指定がない限り、本書で提供された貯蔵弾性率Ｅ’、Ｅ’３０／Ｅ’９０比及び回復率の測定は、約１ヘルツ（Ｈｚ）の周波数及び約５℃／分の温度傾斜率で実行されたＤＭＡ試験プロセスを使用して行われた。パッド特性のうちの一又は複数を制御することにより、改善された研磨プロセス性能、改善された研磨パッド寿命、及び改善された研磨プロセス再現性を実現することができる。一又は複数のこれらの特性を示すパッド構成の例が、本明細書で検討される一又は複数の実施形態と併せて、以下で更に検討される。
【0022】
以下でより詳しく検討されるように、貯蔵弾性率Ｅ’は、基板全域で研磨結果が均一であり、よって研磨パッド性能に対して役立つ測定基準であることを保証するために重要な因子である。貯蔵弾性率Ｅ’は、典型的には、印加された引張応力を、応力−ひずみ曲線の弾性線形部分（例えば、傾斜、又はΔｙ／Δｘ）の延在歪みで除算することによって計算される。同様に、粘性応力の粘性歪みに対する割合は、損失弾性率Ｅ’’を定義するために使用される。貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ’’の両方が、材料内部、両分子間における化学結合から生じた本質的な材料特性であることに留意されたい。貯蔵弾性率は、動的機械分析（ＤＭＡ）（例えば、ＡＳＴＭ Ｄ４０６５，Ｄ４４４０，及びＤ５２７９）などの材料検査技術を使用して所望の温度で測定され得る。異なる材料の特性を比較するとき、２５℃から４０℃の範囲、例えば、４０℃などの単一な温度で材料の貯蔵弾性率Ｅ’を測定することが典型的である。
【0023】
研磨パッドの性能及び均一性における別の関連する測定基準は、研磨パッドの圧縮及び反発減衰特性など、材料の減衰能力の尺度である。減衰を測定する一般的な方法は、所望の温度での材料の損失係数（ｔａｎδ）を計算することであり、ｔａｎδ＝損失弾性率／貯蔵弾性率＝Ｅ’’／Ｅ’である。異なる材料の特性を比較する場合、４０℃などの単一温度で材料のｔａｎδ測定値を比較するのが一般的である。別段の指定がない限り、本書で提供されるｔａｎδ測定は、１ヘルツ（Ｈｚ）の周波数及び約５℃／分の温度傾斜率で実行されたＤＭＡ試験プロセスを用いて行われた。Ｔａｎδは、一般的に、力が解放されたときに好ましい低いエネルギー配座及び構造に戻るフレキシブルでコイル状の脂肪族ポリマー鎖などの、材料内のバネのような弾性化学構造に比べて、適用される繰返し歪に対して、材料内の「粘性の」化学構造がどのように反応するか（例えば、結合回転、ポリマー鎖の滑り及び移動）の尺度である。例えば、材料の弾力性が低いほど、周期的荷重が加えられると、材料の粘性分子セグメントの応答が材料の弾性分子セグメントより遅れ（位相シフト）、熱が発生する。基板の処理中に研磨パッドで発生する熱は、研磨プロセスの結果（例えば、研磨の均一性）に影響を及ぼすことがあり、したがって、パッド材料の賢明な選択によって制御され及び／又は補償されるべきである。
【0024】
研磨パッドの材料の硬度は、研磨後の基板及び材料除去の速度に見られる研磨均一性の結果に役割を果たす。またロックウェル、ボール又はショア硬度スケールを使用してしばしば測定される材料の硬度は、押込に対する材料抵抗を測定し、経験的硬度値を提供し、貯蔵弾性率Ｅ’の増加を追う又は貯蔵弾性率Ｅ’の増加に伴って増加することがある。パッド材料は、典型的には、ＡＳＴＭ Ｄ２２４０技術を使用して典型的には測定されるショア硬度スケールを使用して測定される。典型的には、パッド材料硬度特性は、ポリオレフィンなどのより軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’のポリマー材料に通常使用される、ショアＡ又はショアＤスケールのどちらかで測定される。ロックウェル硬度（例えば、ＡＳＴＭ Ｄ７８５）検査はまた、熱可塑性材料及び熱硬化性材料などの「硬質の」剛性工学ポリマー材料の硬度を試験するために使用されることもある。
【0025】
研磨パッド装置及び研磨方法図１Ａは、多数の研磨ステーション１００を含むより大きな化学機械研磨（ＣＭＰ）システム内部に位置付けられ得る研磨ステーション１００の概略断面図である。研磨ステーション１００は、プラテン１０２を含む。プラテン１０２は、中心軸１０４周囲を回転し得る。研磨パッド１０６は、プラテン１０２に載置され得る。典型的には、研磨パッド１０６は、研磨ステーション１００で処理されるべき基板１１０のサイズ（例えば、基板直径）より少なくとも１〜２倍大きいプラテン１０２の上面を覆っている。１つの例では、研磨パッド１０６及びプラテン１０２は、直径約６インチ（１５０ｍｍ）から約４０インチ（１０１６ｍｍ）までである。研磨パッド１０６は、一又は複数の基板１１０と接触し基板１１０を処理するように構成された研磨面１１２と、プラテン１０２の表面上に位置付けられる支持表面１０３を含む。プラテン１０２は、研磨パッド１０６を支持し、研磨中に研磨パッド１０６を回転させる。キャリアヘッド１０８は、研磨パッド１０６の研磨面１１２に対して基板１１０を保持する。キャリアヘッド１０８は、典型的には、研磨パッド１０６に対して基板１１０を付勢するために使用されるフレキシブルダイアフラム１１１と、研磨プロセス中に基板の表面全域に見られる本質的に不均一な圧力分布を補正するために使用されるキャリアリング１０９を含む。キャリアヘッド１０８は、中心軸１１４周囲を回転し及び／又は弧を描く動きで移動し得、基板１１０と研磨パッド１０６との間に相対運動を生成する。
【0026】
供給アーム１１８は、研磨スラリなどの研磨流体１１６を研磨中に研磨面１１２に供給する。研磨液体１１６は、基板の化学機械研磨を可能にするために、研磨粒子、ｐＨ調整剤及び／又は化学的活性構成要素を含有し得る。１１６のスラリの化学的特性は、金属、金属酸化物、及び半金属酸化物を含み得るウエハ表面及び／又は特徴を研磨するように設計される。研磨ステーション１００はまた、典型的には、パッド調整ディスク１２８（例えば、ダイヤモンド含浸ディスク）が研磨プロセスサイクル中の様々な時間に研磨面１１２に付勢され研磨面１１２全域を一掃し、研磨パッド１０６の表面１１２を研磨及び活性化するように構成されている調整アーム１２２並びにアクチュエータ１２４及び１２６を含むパッド調整アセンブリ１２０を含む。
【0027】
図１Ｂ及び図１Ｃは、研磨ステーション１００に位置付けられている研磨ヘッド１０８の一部と従来の「硬質の」若しくは高い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ａとの概略断面図である。図１Ｄ及び図１Ｅは、研磨ステーション１００に位置付けられている研磨ヘッド１０８の一部と従来の軟質の若しくは低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂとの概略断面図である。図１Ｆ及び図１Ｇは、研磨ステーション１００に位置付けられている研磨ヘッド１０８の一部と、以下で更に説明される高度な研磨パッド２００の１つの実施形態との概略断面図である。明確にするために、フレキシブルダイアフラム１１１及びキャリアヘッド１０８の上部分は、図１Ｂから図１Ｇでは省略されている。動作中に、フレキシブルダイアフラム１１１（図１Ａ）は、基板１１０を研磨パッド１０６Ａ、１０６Ｂ又は高度な研磨パッド２００に付勢するように位置付けられ、キャリアヘッド１０８の装着部分（図示されず）に連結されるキャリアヘッドアクチュエータ（図示されず）は、キャリアヘッド１０８及び保持リング１０９を研磨パッド１０６Ａ、１０６Ｂ、又は高度な研磨パッド２００の表面に別々に付勢するように構成される。図１Ｃ、図１Ｅ及び図１Ｆに示されるように、フレキシブルダイアフラム１１１は、基板１１０の裏側に圧力を印加するように構成され、これは印加力Ｆ２により図示されており、キャリアヘッドアクチュエータは、力Ｆ１を保持リング１０９に印加するように構成される。
【0028】
図１Ｂは、研磨プロセスが基板１１０で実行される前に、キャリアヘッド１０８内にかつ従来の「硬質の」又は高い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ａの一部の上に位置付けられている基板１１０のエッジの一部を示す。基板１１０は、続くＣＭＰプロセス中に除去及び／又は平坦化されるだろう一又は複数のデバイス特徴１１０Ｂ（図１Ｈ）を有する層１１０Ａを含む。図１Ｃは、図１Ｂに示される従来の「硬質の」研磨パッド１０６Ａを使用する研磨プロセス中の基板１１０を示している。「硬質の」研磨パッドを使用するＣＭＰプロセスは、保持リング１０９に力Ｆ１を適用する必要性に特に関連する基板１１０のエッジに見られるエッジ効果のために、不均一な平坦化結果を有する傾向があり、ＣＭＰプロセス中に基板１１０のエッジに見られるより大きな固有の研磨の不均一性を補償することが分かった。換言すれば、高い貯蔵弾性率Ｅ’、「硬質な」研磨パッドを形成するために使用される材料の剛性又は硬質な特性は、力Ｆ１が保持リング１０９によって「硬質」研磨パッド１０６Ａに加えられるときにパッドリバウンド又はリッジ１０７Ａを形成させる。リッジ１０７Ａの形成は、一般に、加えられた力Ｆ１に起因する「硬質な」研磨パッド１０６Ａの変形１０７Ｂに関連し、基板１１０のエッジを基板１１０の中心よりも速く研磨する。基板１１０のエッジにおけるより高い研磨速度は、（例えば、基板の不均一性にわたる）「グローバルな」ＣＭＰ平坦化の不均一性につながる。
【0029】
図１Ｈは、従来の「硬質の」研磨パッド１０６Ａを使用して研磨されている基板１１０の一部の概略断面図である。図示されるように、基板１１０は、層１１０Ａ内に形成され、ＣＭＰプロセス中に除去及び／又は平坦化される複数の特徴１１０Ｂを含む。この例では、「硬質の」研磨パッド１０６Ａを形成するために使用される材料の高い貯蔵弾性率Ｅ’、剛性及び／又は硬質の性質は、力Ｆ２がフレキシブルダイアフラム１１１により基板１１０に印加されるとき、それを顕微鏡スケール（例えば、１０ｎｍ−１０００ｎｍ特徴ピッチ）で著しく変形させることはないだろう。この場合、「硬質の」研磨パッド１０６Ａは、概して、許容量の平坦化及び平坦化効率を顕微鏡スケールで供給するだろうが、前述の理由のため、到達するグローバルな平坦化は乏しい結果となるだろう。
【0030】
図１Ｄは、研磨プロセスが基板１１０で実行される前に、キャリアヘッド１０８内にかつ従来の「軟質の」又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂの一部の上に位置付けられている基板１１０のエッジの一部を示す。基板１１０は、続くＣＭＰプロセス中に除去及び平坦化されるだろう一又は複数のデバイス特徴１１０Ｂ（図１Ｉ）を有する層１１０Ａを含む。図１Ｅは、図１Ｄに示される従来の軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂを使用する研磨プロセス中の基板１１０を示している。軟質の又は低い貯蔵弾性率のＥ’の研磨パッドを使用するＣＭＰプロセスは、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッドが、ＣＭＰプロセス中に保持リング１０９によって生成される加力Ｆ１と、フレキシブルなダイアフラム１１１によって生成される加力Ｆ２下で変形するのが比較的容易なため、結果的に不均一な平坦化を有する傾向にあることが分かった。言い換えれば、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂを形成するために使用される材料の軟質でフレキシブルかつ低い貯蔵弾性率Ｅ’の性質により、保持リング１０９により供給される力Ｆ１が最小化でき、保持リング１０９のダウンフォースを相殺するパッドの能力が向上する効果がある。この低弾性率の材料の圧縮応答は、保持リング圧縮の迅速な回復及び研磨プロセス中の基板の中心とエッジとの間に見られるより一貫した研磨速度を可能にする。したがって、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッドの使用は、よりグローバルなＣＭＰ平坦化均一性につながるだろう。
【0031】
図１Ｉは、従来の軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂを使用して研磨されている基板の一部の概略断面図である。この例では、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂを形成するために使用される材料のフレキシブル又は軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の性質により、力Ｆ２がフレキシブルダイアフラム１１１によって基板１１０に加えられるとき、材料が顕微鏡スケール（例えば、１０ｎｍ−１０００ｎｍの特徴ピッチ）で変形可能である。図１Ｉに示されるように、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂの材料は、変形することができ、デバイス特徴１１０Ｂの間の層１１０Ａの領域と実質的に接触し研磨することができる。特徴１１０Ｂの上部と特徴１１０Ｂの間の領域の部分とを同時に研磨する行為が、平坦化の不均一性、更には他の平坦化問題を引き起こすことになるだろう。この場合、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨パッド１０６Ｂは、概して、許容量のグローバルな平坦化を供給することになるが、到達する平坦化効率及び提供されるディッシング結果は乏しい。低貯蔵弾性率を有する研磨パッドは、パッド表面と基板の表面との間に配置される可能性のある硬質な欠陥を、高い貯蔵弾性率の材料により基板表面に押し付けるのではなく、むしろパッドマトリックス内で圧縮及び／又は受容できるので、顕微鏡スケールで改善されたスクラッチ性能の利点を提供する。
【0032】
高度な研磨パッド本開示の実施形態は、概して、付加製造プロセスの使用により形成することができる高度な研磨パッド２００を提供する。高度な研磨パッドは、少なくとも２つの異なる材料組成から形成される別個の特徴又は領域を典型的には含むパッド本体を有している。図１Ｆ及び図１Ｇは、研磨ステーション１００に位置付けられている研磨ヘッド１０８の一部と高度な研磨パッド２００のパッド本体２０２との概略断面図である。概して、研磨プロセス中に加えられる荷重が、２以上の材料組成を含む研磨本体２０２の領域を通って分散されるように構成される高度な研磨パッド２００を形成し、高度なパッドの機械的、構造的、及び／又は動的特性を改善することが望ましい。１つの実施形態では、パッド本体２０２は、第１の貯蔵弾性率Ｅ’の材料（例えば、高い貯蔵弾性率Ｅ’の材料）から形成される少なくとも第１の研磨要素２０４、及び第２の貯蔵弾性率Ｅ’の材料（例えば、中間の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の材料）から形成され得る第２の研磨要素２０６を含み得る。１つの構成では、支持面２０３からの第１の研磨要素２０４の高さ１５０は、第１の研磨要素２０４の上面２０８が第２の研磨要素２０６の上に突出するように、第２の研磨要素２０６の高さ１５１より高い。１つの例では、図１Ｇに示されるように、研磨要素の各々の材料の組み合わせである所望の機械的特性及び動的特性を有する高度な研磨パッドを形成するために、力Ｆ２は、フレキシブルダイアフラム１１１により、第１の研磨要素２０４を通って、図１Ａに示されるプラテン１０２などの支持部材によって支持される第２の研磨要素２０６に供給される。より高い貯蔵弾性率型の研磨特徴を低い貯蔵弾性率型の支持特徴から分離することによって、高度な研磨パッドが改善されたグローバルな平坦性の利点を供給する一方で、より高い貯蔵弾性率の上部パッドによって提供される改善されたダイ及びアレイレベルの平坦性の利点が維持される。
【0033】
図１Ｊは、本開示の実施形態による、高度な研磨パッド２００を使用して研磨されている基板１１０の一部の概略断面図である。図１Ｊに示されるように、幾つかの実施形態では、研磨本体２０２内の第１の研磨要素２０４は、基板１１０の表面に形成される少なくとも２以上のデバイス特徴１１０Ｂ（例えば、集積回路デバイス）の距離に渡るのに十分大きくなるように形成されている。幾つかの実施形態では、第１の研磨要素２０４のうちの一又は複数は、基板の主要寸法より小さい（例えば、円形基板の半径）が、基板１１０に見られる最も小さなデバイス特徴よりは大きくなるようにサイズ決定される。幾つかの実施形態では、複数の第１の研磨要素２０４の各々が、約２５０マイクロメータから約３ｍｍまでのサイズの、研磨面に平行である横寸法を有している。１つの例では、第１の研磨要素２０４が研磨面２０８において円形の断面を有している場合、横寸法は、第１の研磨要素２０４の直径とすることができる。別の例では、第１の研磨要素２０４が研磨面２０８においてトロイド形状である場合、横寸法は、その半径に沿って測定すると、トロイドの厚さとすることができ、又は場合によってはトロイドの外径にさえなることがある。したがって、第１の研磨要素２０４と一又は複数の第２の研磨要素２０６との組み合わせは、以下で更に検討されるように、高度な研磨パッドの特性及び性能を調節して、高度な研磨パッドを使用して基板上で実行される研磨プロセスの結果を改善するために使用することができる。
【0034】
幾つかの実施形態では、高度な研磨パッド２００は、少なくとも１つの高い貯蔵弾性率Ｅ’、中間の貯蔵弾性率Ｅ’、及び／若しくは低い貯蔵弾性率Ｅ’の研磨要素、並びに／又は化学構造的特徴を含み得る。例えば、高い貯蔵弾性率Ｅ’の材料組成は、芳香族環及び幾つかの脂肪族鎖を含む化学基及び／又は構造的特徴の少なくとも１つ、又はそれらの混合物であり得る。場合によっては、高い貯蔵弾性率Ｅ’の材料は、２％を上回る架橋密度を有している。高い貯蔵弾性率Ｅ’組成物は、高度な研磨パッドにおいて最も剛性の高い要素であり、高い硬度値を有し、最小の伸びを示し得る。中間の貯蔵弾性率Ｅ’組成物は、芳香族環、架橋結合の混合物を含み、高い貯蔵弾性率Ｅ’の組成物よりも大きな含量の脂肪族鎖、エーテルセグメント及び／又はポリウレタンセグメントを含み得る。中間の貯蔵弾性率Ｅ’の組成物は、中間の剛性、硬度を有し、高い貯蔵弾性率Ｅ’の材料よりも大きな伸び量を示し得る。低い貯蔵弾性率Ｅ’組成物は、芳香族環又は架橋結合からの寄与が最小限であるか全く含まない、脂肪族鎖、エーテルセグメント、及び／又はポリウレタンセグメントを含み得る。低い貯蔵弾性率Ｅ’の組成物は、フレキシブルであっても、軟質であっても、及び／又はゴムの様であってもよい。
【0035】
３０℃（Ｅ’３０）の温度で所望の低、中及び／又は高貯蔵弾性率Ｅ’特性を有する材料が表１に要約される：表１
【0036】
１つの実施形態では、表１を参照すると、研磨パッド本体２０２は、異なる貯蔵弾性率Ｅ’及び／又は損失弾性率Ｅ’’を有する少なくとも１つの粘弾性材料から形成され得る。結果として、パッド本体は、第１の貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ’’を有する第１の材料又は第１の材料組成と、第１の貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ’’と異なる第２の貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ’’を有する第２の材料又は第２の材料組成とを含み得る。幾つかの実施形態では、研磨パッド表面特徴は、一又は複数のフォームファクタ又は寸法を有する複数の特徴を含み、異なる機械的、熱的、界面的及び化学的特性を有する特徴の混合物であり得る。例えば、パッド本体の上方、パッド本体の上及びパッド本体内に配置されるチャネル、溝及び／又は突起などのパッド表面の特徴は、第１の材料又は第１の材料組成に由来するより高い貯蔵弾性率Ｅ’と、第１の材料又は第１の材料の組成よりも弾性のある第２の材料又は第２の材料組成に由来する幾つかのより低い貯蔵弾性率Ｅ’の特性との両方を含み得る。
【0037】
本明細書で使用される高度な研磨パッド２００という用語は、先ほど検討され更に以下でも検討される、一又は複数の属性、材料、特徴及び／又は特性を含む高度な研磨パッドを広く説明することを意図している。高度な研磨パッドの特定の構成は、図２Ａから図２Ｋに例示された例と併せて検討されている。別段の指定がない限り、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６という用語は、高度な研磨パッド２００の研磨本体内の部分、領域及び／又は特徴を広く説明することを意図している。図２Ａから図２Ｋに示される様々な高度な研磨パッド構成の特定の例は、他の類似の構成が、本書に記載の付加製造プロセスの一又は複数を使用することにより形成され得るので、本書で提供される開示の範囲に関して限定することを意図していない。
【0038】
高度な研磨パッドは、少なくとも１つの樹脂前駆体組成物の層自動連続堆積による、更にはその後の少なくとも１つの硬化ステップによる層によって形成され得、各層は、少なくとも１つのポリマー組成物、及び／又は異なる組成物の領域を表し得る。組成物は、官能性ポリマー、官能性オリゴマー、反応性希釈剤、及び硬化剤を含み得る。官能性ポリマーは、多官能アクリレート前駆体組成物を含み得る。複数の固体ポリマー層を形成するために、一又は複数の組成物のＵＶ放射及び／又は熱エネルギーへの露出などの一又は複数の硬化ステップが使用され得る。この態様では、研磨パッド全体が、３Ｄ印刷によって複数のポリマー層から形成され得る。硬化した層の厚さは、例えば、５ミクロンから約１００ミクロン、２５ミクロンから約３０ミクロンなど、約０．１ミクロンから約１ｍｍであり得る。
【0039】
本開示による研磨パッドは、研磨要素から研磨要素までの少なくとも１つの組成勾配によって反映されるような、パッド本体２０２にわたる、貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ’’のような異なる機械的特性を有し得る。研磨パッド２００にわたる機械的特性は、静的機械的特性、動的機械的特性及び摩耗特性を含み得る、ターゲット研磨パッド特性を実現するために、対称又は非対称、均一又は不均一であり得る。パッド本体２０２にわたる研磨要素２０４、２０６のいずれかのパターンは、研磨パッドにわたる貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ’’を含むターゲット特性を達成することにより、放射状、同心円状、矩形状、螺旋状、フラクタル状又はランダムであり得る。有利には、３Ｄ印刷プロセスは、特性を組み合わせ、特性のより高い平均又は特性の「複合体」を表すために、パッドの特定のパッドエリア又はパッドのより大きなエリアにわたって所望の特性を有する材料組成の特定の配置を可能にする。
【0040】
高度な研磨パッド構成例図２Ａは、本開示の１つの実施形態による高度な研磨パッド２００ａの概略斜視側面図である。一又は複数の第１の研磨要素２０４ａは、円形のパッド本体２０２を形成するために、一又は複数の第２の研磨要素２０６ａに連結される交互の同心リングで形成されてもよい。１つの実施形態では、支持面２０３からの第１の研磨要素２０４ａの高さ２１０は、第１の研磨要素２０４ａの上面２０８が第２の研磨要素２０６ａの上に突出するように、第２の研磨要素２０６ａの高さ２１２より高い。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４は、第２研磨要素２０６ａの一部分２１２Ａの上に配置される。溝２１８又はチャネルは、第１の研磨要素２０４ａの間に形成され、少なくとも第２の研磨要素２０６ａの一部を含む。研磨中に、第１の研磨要素２０４ａの上面２０８が基板に接触する研磨面を形成する一方で、溝２１８は、研磨流体を保持し流れを方向付ける。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４ａは、チャネル又は溝２１８がパッド本体２０２の上面に形成されるように、パッド本体２０２の研磨面又は上面２０８に平行な平面に垂直な方向に（即ち、図２ＡのＺ方向に）第２の研磨要素２０６ａよりも厚くなる。
【0041】
１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４ａの幅２１４は、約２５０ミクロンから約５ミリメータまでであり得る。硬質の第１の研磨要素２０４ａの間のピッチ２１６は、約０．５ミリメータから約５ミリメータまでであり得る。各第１の研磨要素２０４ａは、約２５０ミクロンから約２ミリメータまでの範囲の幅を有し得る。幅２１４及び／又はピッチ２１６は、高度な研磨パッド２００の半径全域で変化し得、多様な硬度のゾーンを定義する。
【0042】
図２Ｂは、本開示の実施形態による高度な研磨パッド２００ｂの概略部分上面図である。高度な研磨パッド２００ｂは、第１の研磨要素２０４ｂと第２の研磨要素２０６ｂを連結することを含むことを除き、図２Ａの高度な研磨パッド２００に類似する。第１の研磨要素２０４ｂと第２の研磨要素２０６ｂは、複数の同心リングを形成する。第１の研磨要素２０４ｂは、突出する垂直なリッジ２２０を含み得、第２の研磨要素２０６ｂは、垂直なリッジ２２０を受容するための垂直な凹部２２２を含み得る。代替的には、第２の研磨要素２０６ｂが突出するリッジを含み得るのに対して、第１の研磨要素２０４ｂは凹部を含む。第２の研磨要素２０６ｂを第１の研磨要素２０４ｂと連結することにより、高度な研磨パッド２００ｂは、ＣＭＰプロセス及び／又は材料処理中に発生し得る、印加された剪断力に対して機械的に強力になるだろう。１つの実施形態では、第１の研磨要素及び第２の研磨要素は、研磨パッドの強度を改善し、研磨パッドの物理的統合性を改善するために、連結され得る。特徴を連結することは、物理的力及び／又は化学的力に起因し得る。
【0043】
図２Ｃは、本開示の実施形態による高度な研磨パッド２００ｃの概略斜視断面図である。研磨パッド２００ｃは、第２の研磨要素２０６ｃなどの基材層から延びる複数の第１の研磨要素２０４ｃを含む。第１の研磨要素２０４ｃの上面２０８は、研磨中に基板と接触するための研磨面を形成する。第１の研磨要素２０４ｃと第２の研磨要素２０６ｃは、異なる材料特性及び構造特性を有している。例えば、第１の研磨要素２０４ｃが、硬質の材料から形成され得るのに対して、第２の研磨要素２０６ｃは、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の材料から形成され得る。研磨パッド２００ｃは、高度な研磨パッド２００同様に、３Ｄ印刷により形成され得る。
【0044】
第１の研磨要素２０４ｃは、実質的に同じサイズであってもよく、又は研磨パッド２００ｃ全域で、様々な貯蔵弾性率Ｅ’及び／又は様々な損失弾性率Ｅ’’などの様々な機械的特性を形成するようにサイズが変化してもよい。第１の研磨要素２０４ｃは、高度な研磨パッド２００ｃのターゲット特性を実現するために、研磨パッド２００ｃにわたり均一に分布されても、不均一なパターンで配置されてもよい。
【0045】
図２Ｃにおいて、第１の研磨要素２０４ｃは、第２の研磨要素２０６ｃから延びる円柱として示されている。代替的には、第１の研磨要素２０４ｃは、任意の適切な形状、例えば楕円形、正方形、長方形、三角形、多角形、又は不規則な断面を有する柱状のものであってもよい。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４ｃは、高度な研磨パッド２００ｃの硬度、機械的強度又は他の望ましい特性を調整するために異なる断面形状であってもよい。
【0046】
図２Ｄは、本開示の実施形態による高度な研磨パッド２００ｃの研磨本体２０２の概略部分側断面図である。高度な研磨パッド２００ｄは、第１の研磨要素２０４ｄと第２の研磨要素２０６ｄを連結することを含むことを除き、図２Ａから図２Ｃの高度な研磨パッド２００ａ、２００ｂ、又は２００ｃに類似する。第１の研磨要素２０４ｄ及び第１の研磨要素２０６ｄは、例えば、図２Ａ、図２Ｂ又は図２Ｃに示されるパッド本体２０２の一部を形成する複数の同心リング及び／又は別個の要素を含み得る。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４ｄが突出した側壁２２４を含み得るのに対して、第２の研磨要素２０６ｄは、第１の研磨要素２０４ｄの突出した側壁２２４を受容するための領域２５５を含み得る。代替的には、第２の研磨要素２０６ｄが突出した側壁を含み得るのに対して、第１の研磨要素２０４ｄは、突出した側壁を受容するように構成されている領域を含む。第２の研磨要素２０６ｃを第１の研磨要素２０４ｄと連結することによって、高度な研磨パッド２００ｄは、増大した引張強度、圧縮強度及び／又は剪断強度を示し得る。加えて、側壁を連結することにより、高度な研磨パッド２００ｄが引き離されることが防止される。
【0047】
１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４ｄと第２の研磨要素２０６ｄとの間の境界は、第１の研磨要素２０４ｄを形成するために使用される第１の組成物及び第２の研磨要素２０６ｄを形成するために使用される第２の組成物からの遷移又は組成勾配などの、材料の少なくとも１つの組成物から別の組成物への粘性遷移を含む。材料の粘着性は、本明細書に記載された付加製造プロセスの直接的な結果であり、ミクロンスケールの制御及び層の付加形成構造による層内での２以上の化学組成物の混和が可能になる。
【0048】
図２Ｅは、本開示の実施形態による研磨パッドの概略部分断面図である。高度な研磨パッド２００ｅは、高度な研磨パッド２００ｅが異なるように構成された連結特徴を含むことを除き、図２Ｄの高度な研磨パッド２００ｄに類似する。高度な研磨パッド２００ｅは、複数の同心リング及び／又は別個の要素を有する第１の研磨要素２０４ｅ並びに第２の研磨要素２０６ｅを含み得る。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４ｅが水平なリッジ２２６を含み得るのに対して、第２の研磨要素２０６ｅは、第１の研磨要素２０４ｅの水平なリッジ２２６を受容するための水平な凹部２２７を含み得る。代替的には、第２の研磨要素２０６ｅが水平なリッジを含み得るのに対して、第１の研磨要素２０４ｅは、水平な凹部を含む。１つの実施形態では、図２Ｂの連結特徴のような垂直な連結特徴と、図２Ｄ及び図２Ｅの連結特徴のような水平な連結特徴とが、高度な研磨パッドを形成するために組み合わせられてもよい。
【0049】
図２Ｆから図２Ｋは、本開示の実施形態による様々な研磨パッド設計の概略平面図である。図２Ｆから図２Ｋの各々は、基板を接触させて研磨するための第１の研磨要素２０４ｆ−２０４ｋをそれぞれ表す白色領域（白ピクセルの領域）、及び第２の研磨要素２０６ｆ−２０６ｋを表す黒色領域（黒ピクセルの領域）を有するピクセルチャートを含む。同様に本明細書で考察されるように、白色領域間の黒色領域にチャネルが形成されるように、白色領域は、一般に黒色領域上に突出する。１つの例では、ピクセルチャート内のピクセルは、高度な研磨パッドの、層、又は層の一部内に様々な材料の位置を画定するために使用される長方形のアレイ形式のパターン（例えば、Ｘ方向及びＹ方向に方向付けられたアレイ）に配置される。別の例では、ピクセルチャート内のピクセルは、研磨パッドの層又は研磨パッドの層の一部内の様々な材料の位置を画定するために使用される六方最密アレイ形式のパターン（例えば、６つの最近傍によって囲まれた１つのピクセル）に配置される。研磨スラリは、研磨中にチャネルを介して流れ、チャネル内に保持され得る。図２Ｆから図２Ｋに示す研磨パッドは、付加製造プロセスを用いて複数の材料層を堆積させることによって形成され得る。複数の層の各々は、第１の研磨要素２０４ｆから２０４ｋ及び第２の研磨要素２０６ｆから２０６ｋを形成するための２以上の材料を含み得る。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４ｆから２０４ｋは、溝及び／又はチャネルが研磨パッドの上面に形成されるように、材料の複数の層と平行な平面に垂直な方向に第２の研磨要素２０６ｆから２０６ｋより厚くなり得る。
【0050】
図２Ｆは、複数の同心研磨特徴２０４ｆを有する高度な研磨パッド設計２００ｆの概略ピクセルチャートである。研磨特徴２０４ｆは、等しい幅の同心円であり得る。１つの実施形態では、第２の研磨要素２０６ｆはまた、第１の研磨要素２０４ｆのピッチが半径方向に沿って一定であるように、等しい幅を有し得る。研磨中に、第１の研磨要素２０４ｆ間のチャネルは、研磨スラリを保持し、その中心軸（即ち、同心円の中心）周囲の研磨パッドの回転によって生成された遠心力のため、研磨スラリの急速な損失を防止する。
【0051】
図２Ｇは、同心円に配置された複数のセグメント化された複数の第１の研磨要素２０４ｇを有する研磨パッド設計２００ｇの概略ピクセルチャートである。１つの実施形態では、セグメント化された第１の研磨要素２０４ｇは、実質的に等しい長さを有し得る。セグメント化された第１の研磨要素２０４ｇは、複数の同心円を形成し得る。各円において、セグメント化された第１の研磨要素２０４ｇは、各同心円内に等しく分散され得る。１つの実施形態では、セグメント化された第１の研磨要素２０４ｇは、半径方向に等しい幅を有し得る。幾つかの実施形態では、セグメント化された第１の研磨要素２０４ｇは、同心円の半径とは無関係に実質的に等しい長さ（例えば、研磨パッドの中心領域を除き、等しいアーク長）を有している。１つの実施形態では、第２の研磨要素２０６ｇは、複数の同心円の間に配置され、同心円のピッチが一定であるように等しい幅を有している。１つの実施形態では、セグメント化された第１の研磨要素２０４ｇ間の間隙は、研磨スラリが、研磨パッドのその中心軸周囲での回転により生成される遠心力下で、研磨パッドから直接流出するのを防止するために、円と円が互い違いになっていてもよい。
【0052】
図２Ｈは、螺旋の第１の研磨要素２０４ｈが第２の研磨要素２０６ｈの上に配置されている研磨パッド設計２００ｈの概略ピクセルチャートである。図２Ｈでは、研磨パッド２００ｈは、研磨パッドの中心から研磨パッドのエッジまで延びる４つの螺旋の第１の研磨要素２０４ｈを有している。４つの螺旋の研磨特徴が示されているが、もっと少数又はもっと多数の螺旋の第１の研磨要素２０４ｈが同様に配置されていてもよい。螺旋の第１の研磨要素２０４ｈは、螺旋チャネル２１８ｈを画定する。１つの実施形態では、螺旋の第１の研磨要素２０４ｈの各々は、一定の幅を有している。１つの実施形態では、螺旋チャネル２１８ｈもまた、一定の幅を有している。研磨中に、研磨パッドは、研磨スラリを螺旋チャネルに保持するために、螺旋の第１の研磨要素２０４ｈの方向と反対方向に中心軸周囲を回転し得る。例えば、図２Ｈでは、螺旋の第１の研磨要素２０４ｈ及び螺旋チャネルが、反時計方向に形成され、よって研磨中に、研磨パッドは、研磨スラリを螺旋チャネル内かつ研磨パッド上に保持するために時計回りに回転され得る。幾つかの構成では、螺旋チャネルの各々は、研磨パッドの中心から研磨パッドのエッジまで連続している。この連続的螺旋チャネルにより、研磨スラリを任意の研磨屑と共に、研磨パッドの中心から研磨パッドのエッジまで流すことが可能になる。１つの実施形態では、研磨パッドは、螺旋の第１の研磨要素２０４ｈと同じ方向に（例えば、図２Ｈの反時計回りに）研磨パッドを回転させることによって、洗浄され得る。
【0053】
図２Ｉは、セグメント化された第１の研磨要素２０４ｉが第２の研磨要素２０６ｉの上に螺旋パターンで配置されている研磨パッド設計２００ｉの概略ピクセルチャートである。図２Ｉに示された高度な研磨パッドは、第１の研磨要素２０４ｉがセグメント化され、第１の研磨要素２０４ｉの半径ピッチが変化することを除き、図２Ｈの研磨パッドと類似している。１つの実施形態では、セグメント化された第１の研磨要素２０４ｉの半径ピッチは、処理中に研磨パッドの表面の異なる領域でスラリの保持を調節及び／又は制御するために、研磨パッドの中心から研磨パッドのエッジ領域まで低下する。
【0054】
図２Ｊは、複数の別個の第１の研磨要素２０４ｊが第２の研磨要素２０６ｊに形成されている研磨パッド設計２００ｊの概略ピクセルチャートである。１つの実施形態では、複数の第１の研磨要素２０４ｊの各々は、図２Ｃに示された構成と同様に、円柱型構造であり得る。１つの実施形態では、複数の第１の研磨要素２０４ｊは、研磨面の平面に同一の寸法を有し得る。１つの実施形態では、複数の円筒状の第１の研磨要素２０４ｊは、同心円内に配置され得る。１つの実施形態では、複数の円筒状の第１の研磨要素２０４ｊは、研磨面の平面に対して通常の２Ｄパターンで配置され得る。
【0055】
図２Ｋは、複数の別個の第１の研磨要素２０４ｋが第２の研磨要素２０６ｋに形成されている研磨パッド設計２００ｋの概略ピクセルチャートである。図２Ｋの研磨パッドは、図２Ｋの幾つかの第１の研磨要素２０４ｋが一又は複数の閉鎖された円を形成するために結合され得ることを除き、図２Ｊの研磨パッドに類似する。一又は複数の閉鎖された円は、研磨中に研磨スラリを保持するために一又は複数のダム（ｄａｍｎ）を形成し得る。
【0056】
図２Ａから図２Ｋの設計における第１の研磨要素２０４ａ−２０４ｋは、材料のうちの一致する材料又は一致する組成物から形成され得る。代替的には、図２Ａから図２Ｋの設計における第１の研磨要素２０４ａ−２０４ｋの材料組成及び／又は材料特性は、研磨特徴によって様々であり得る。個別化した材料組成及び／又は材料特性により、研磨パッドは、特定のニーズに応じて調整され得る。
【0057】
付加製造装置及びプロセスの例図３Ａは、本開示の一又は複数の実施形態による付加製造プロセスを使用した高度な研磨パッドを形成するために使用することができる付加製造システム３５０の概略断面図である。付加製造プロセスは、ポリジェット堆積プロセス、インクジェット印刷プロセス、熱溶解積層法プロセス、結合剤噴射プロセス、粉末床溶融結合プロセス、選択的レーザ焼結プロセス、ステレオリソグラフィプロセス、液槽光重合デジタル光処理、シート積層プロセス、指向性エネルギー堆積プロセス、又は他の類似の３Ｄ堆積プロセスを含み得るが、これらに限定されない。
【0058】
付加製造システム３５０は、概して、前駆体供給セクション３５３、前駆体形成セクション３５４、及び堆積セクション３５５を含む。堆積セクション３５５は、概して、付加製造デバイス、又はこれ以降印刷ステーション３００を含むことになるだろう。高度な研磨パッド２００は、印刷ステーション３００内で支持体３０２の上に印刷され得る。典型的には、高度な研磨パッド２００は、ＣＡＤ（コンピュータ支援設計）プログラムから、図３Ａに示されたプリンタ３０６Ａ及びプリンタ３０６Ｂなどの一又は複数の液滴吐出プリンタ３０６を使用して層ごとに形成される。プリンタ３０６Ａ、３０６Ｂ及び支持体３０２は、印刷プロセス中に互いに対して移動してもよい。
【0059】
液滴吐出プリンタ３０６は、液体前駆体を分配するための一又は複数のノズル（例えば、ノズル３０９−３１２）を有する一又は複数の印刷ヘッド３０８を含み得る。図３Ａの実施形態では、液滴吐出プリンタ３０６Ａは、ノズル３０９を有する印刷ヘッド３０８Ａと、ノズル３１０を有する印刷ヘッド３０８Ｂとを含む。ノズル３０９が、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’のポリマーなど、第１のポリマー材料を形成するための第１の液体前駆体組成物を分配するように構成され得るのに対して、ノズル３１０は、硬質のポリマー、又は高い貯蔵弾性率Ｅ’を示すポリマーなどの第２のポリマー材料を形成するために、第２の液体前駆体を分配するために使用され得る。液体前駆体組成物は、所望の特性を有する高度な研磨パッドを形成するために選択された場所又は領域に分配され得る。これらの選択された場所は、ＣＡＤ互換ファイルとして記憶することができ、次いで電子コントローラ３０５によって読み取られるターゲット印刷パターンを集合的に形成することができ、液滴吐出プリンタ３０６のノズルからの液滴の供給を制御する。
【0060】
コントローラ３０５は、一般的に、印刷ステーション３００を含む付加製造システム３５０内の構成要素の制御及び自動化を促進にするために使用される。コントローラ３０５は、例えば、コンピュータ、プログラマブルロジックコントローラ、又は埋め込み式コントローラとすることができる。コントローラ３０５は通常、中央処理装置（ＣＰＵ）（図示せず）、メモリ（図示せず）、及び入出力（Ｉ／Ｏ）用支持回路（図示せず）を含む。ＣＰＵは、様々なシステム機能、基板移動、チャンバ処理を制御するための産業設定で使用され、支持ハードウェア（例えば、センサ、モータ、ヒータなど）を制御し、システムで実行される処理を監視するコンピュータプロセッサの任意の形態の１つであり得る。メモリは、ＣＰＵに接続されており、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、フラッシュメモリ、読取り専用メモリ（ＲＯＭ）、フロッピーディスク、ハードディスク、又は任意の他の形態のローカルもしくは遠隔のデジタルストレージなど、容易に利用可能な不揮発性メモリの一又は複数であり得る。メモリ内には、ＣＰＵに命令するためのソフトウェア命令及びデータをコード化して記憶させることができる。支持回路もまた、従来の方法でプロセッサを支持するようにＣＰＵに接続される。支持回路は、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み得る。コントローラ３０５による可読プログラム（又はコンピュータ命令）は、付加製造システム３５０における構成要素によりどのタスクが実行可能であるかを決定する。好ましくは、プログラムは、プリンタ３０６から供給される液滴の供給及び位置決めの監視、実行及び制御、並びに構成要素の移動、支持及び／又は位置決めに関するタスクを、コントローラ３０５で実行されている様々な処理タスク及び様々なシーケンスと共に印刷ステーション３００内部で実行するためのコードを含むコントローラ３０５によって読み取り可能なソフトウェアである。
【0061】
３Ｄ印刷後に、高度な研磨パッド２００は、付加製造システム３５０の堆積セクション３５５内に配置された硬化デバイス３２０の使用によって固化され得る。硬化デバイス３２０によって実行される硬化プロセスは、印刷された研磨パッドを硬化温度に加熱ことにより、又はパッドを電磁放射又は電子ビーム硬化の一又は複数の形態に曝すことによって実行され得る。１つの例では、硬化プロセスは、印刷された研磨パッドを、可視光源、紫外光源、及びＸ線源などの電磁放射線源、又は硬化デバイス３２０内に配置されている他の種類の電磁波源によって生成された放射３２１に曝すことによって実行され得る。
【0062】
付加製造プロセスは、異なる材料及び／又は異なる材料組成から形成された別個の特徴を備えた高度な研磨パッドを製造するための便利で高度に制御可能なプロセスを提供する。１つの実施形態では、軟質の若しくは低い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴及び／又は硬質の若しくは高い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴は、付加製造プロセスを使用して形成され得る。例えば、研磨パッドの軟質の若しくは低い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴は、プリンタ３０６Ｂのノズル３１２から分配されたポリウレタンセグメントを含む第１の組成物から形成され得、研磨パッドの硬質の又は高い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴は、プリンタ３０６Ａのノズル３１０から分配された第２の組成物の液滴から形成され得る。
【0063】
別の実施形態では、第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６は各々、２以上の組成物の混合物から形成され得る。１つの例では、第１の組成物は、印刷ヘッド３０８Ａのような第１の印刷ヘッドによって液滴の形態で分配され、第２の組成物は、プリンタ３０６Ａの印刷ヘッド３０８Ｂのような第２の印刷ヘッドによって液滴の形態で分配され得る。複数の印刷ヘッドから供給された液滴の混合物を有する第１の研磨要素２０４を形成するためには、コントローラ３０５に見られる堆積マップ内の所定のピクセル上の第１の研磨要素２０４に対応するピクセルの位置合わせを要する／含む。次に、印刷ヘッド３０８Ａは、第１の研磨要素２０４が形成される場所に対応するピクセルと位置合わせされ、次いで、所定のピクセル上に液滴を分配し得る。したがって、高度な研磨パッドは、第１の液滴組成物の液滴を堆積させることによって形成される第１の材料組成と、第２の液滴組成物の液滴を堆積させることによって形成される第２の材料組成を含む第２の材料から形成され得る。
【0064】
図３Ｂは、パッド製造プロセス中の印刷ステーション３００及び高度な研磨パッド２００の一部の概略断面図である。図３Ｂに示すように、印刷ステーション３００は、高度な研磨パッド２００の一部を順次形成するために使用される２つのプリンタ３０６Ａ及び３０６Ｂを含む。図３Ｂに示す高度な研磨パッド２００の部分は、例えば、最終的に形成された高度な研磨パッド２００内の第１の研磨要素２０４又は第２の研磨要素２０６のどちらかの一部を含み得る。処理中、プリンタ３０６Ａ及び３０６Ｂは、液滴「Ａ」又は「Ｂ」をそれぞれ支持体３０２の第１の表面に、続いて支持体３０２上に配置されている成長する研磨パッドの表面に層ごとのプロセスで供給するように構成される。図３Ｂに示すように、第２の層３４８は、支持体３０２上に形成された第１の層３４６の上に堆積される。１つの実施形態では、第２の層３４８は、パッド製造プロセスにおいてプリンタ３０６Ａ及び３０６Ｂの下流に配置される硬化デバイス３２０によって処理された第１の層３４６上に形成される。幾つかの実施形態では、プリンタ３０６Ａ及び３０６Ｂのうちの一又は複数が、前に形成された層３４６の表面３４６Ａ上に液滴「Ａ」及び／又は「Ｂ」を堆積させている間に、第２の層３４８の部分が、硬化デバイス３２０によって同時に処理され得る。この場合、現在形成されている層は、硬化ゾーン３４９Ａの一方に配置された処理部分３４８Ａ及び未処理部分３４８Ｂを含み得る。未処理部分３４８Ｂは、一般的に、プリンタ３０６Ｂ及び３０６Ａそれぞれの使用によって前に形成された層３４６の表面３４６Ａ上に堆積される、分配された液滴３４３及び３４７のような、分配された液滴のアレイを含む。
【0065】
図３Ｃは、前に形成された層３４６の表面３４６Ａに配置されている分配された液滴３４３のクローズアップ断面図である。分配される液滴内の材料の特性に基づき、かつ表面３４６Ａの表面エネルギーのため、分配される液滴は、表面張力に起因して、もともと分配される液滴（例えば、液滴「Ａ」又は「Ｂ」）のサイズより大きい量を表面全域に分散させる。分配される液滴の広がる量は、それが表面３４６Ａに堆積される瞬間からの時間の関数として変化することになろう。しかしながら、非常に短い期間（例えば、１秒未満）後に、液滴の広がりは、平衡粒度に達し、平衡接触角αを有することになるだろう。表面全域に分配される液滴の分散は、成長する研磨パッドの表面上の液滴配置の解像度、ひいては最終研磨パッドの様々な領域内に見られる特徴及び材料組成の解像度に影響を及ぼす。
【0066】
幾つかの実施形態では、液滴が基板の表面上でその未硬化の平衡粒度に広がる機会を有する前に、各液滴を所望のサイズに硬化する又は「固定する」ためにある期間、液滴「Ａ」及び「Ｂ」を基板の表面と接触させた後に、液滴「Ａ」及び「Ｂ」の一方又は両方を露出することが望ましい。この場合、分配された液滴に供給されるエネルギー、並びに硬化デバイス３２０によって液滴が載置される表面及び液滴の材料組成は、分配された液滴のそれぞれの解像度を制御するように調節される。したがって、３Ｄ印刷プロセス中に制御又は調整する１つの重要なパラメータは、分配される液滴の表面張力のそれが配置される表面に対する制御である。幾つかの実施形態では、一又は複数の硬化促進成分（例えば、光開始剤）を液滴の配合物に加え、硬化プロセスの動態を制御し、酸素阻害を防止し、及び／又は液滴が堆積される表面上の液滴の接触角を制御することが望ましい。硬化促進成分は、一般に、調整可能である材料を含むであろうことに留意されたい：１）所望量の電磁放射への最初の露出の間に、分配された液滴の材料中に生じるバルク硬化の量、２）所望量の電磁放射への最初の露出中に分配された液滴の材料中に生じる表面硬化の量、３）分配された液滴の表面硬化領域に対する表面特性改質（例えば、添加物）の量。分配された液滴の表面硬化領域に対する表面特性改質量は、一般に、分配された液滴及び少なくとも部分的に硬化された液滴の表面に見られる硬化した又は部分的に硬化したポリマーの表面エネルギーの調節を含む。
【0067】
印刷プロセス中に、各分配された液滴を部分的に硬化させて、その表面特性及び寸法サイズを「固定」することが望ましいことが分かった。液滴を所望のサイズに「固定」する能力は、液滴の材料組成に少なくとも１つの硬化促進成分を所望量付加し、付加製造プロセス中に硬化デバイス３２０から十分な量の電磁エネルギーを送達することによって達成することができる。幾つかの実施形態では、付加層形成プロセス中に、例えば、約１０−２０ｍＪ／ｃｍ２など、約１ミリジュール／平方センチメータ（ｍＪ／ｃｍ２）から１００ｍＪ／ｃｍ２の紫外線（ＵＶ）光を液滴に供給することができる硬化デバイス３２０を使用することが望ましい。ＵＶ放射は、水銀マイクロ波アークランプ（例えば、Ｈバルブ型ランプ、Ｈ＋バルブ型ランプ、Ｄバルブ型ランプ、Ｑバルブ型ランプ、及びＶバルブ型ランプ）、パルスキセノンフラッシュランプ、高効率ＵＶ発光ダイオードアレイ、及びＵＶレーザなどの任意のＵＶ源によって提供され得る。ＵＶ放射は、約１７０ｎｍから約５００ｎｍまでの波長を有し得る。
【0068】
幾つか実施形態において、分配された液滴「Ａ」、「Ｂ」のサイズは、例えば、約５０ミクロンから約７０ミクロンなど、約１０ミクロンから約２００ミクロンまでであり得る。液滴が上方及び上に分配される基板又はポリマー層の表面エネルギー（ダイン）次第で、未硬化の液滴は、例えば、約５０ミクロンから約２００ミクロンまでなど、約１０ミクロンから約５００ミクロンまでのサイズ３４３Ａまで、表面にかつ表面全域に広がり得る。１つの例では、このような液滴の高さは、表面エネルギー、湿潤、及び／又はフロー剤、増粘剤、界面活性剤などの他の添加物を含み得る樹脂前駆体組成物などの要因次第で、約５ミクロンから約１００ミクロンまでであり得る。添加物の１つの源は、ドイツＧｅｒｅｔｓｒｉｅｄのＢＹＫ−Ｇａｒｄｎｅｒ ＧｍｂＨである。
【0069】
幾つかの実施形態では、光開始剤、液滴組成物中の光開始剤の量、及び硬化デバイス３２０によって供給されるエネルギーの量を選択して、分配された液滴を約１秒未満、例えば、分配された液滴が固定されるべき表面と接触した後の約０．５秒未満などで、「固定」させることができることが一般に望ましい。分配された液滴の硬化時間は、硬化源３２０から供給されるエネルギーの放射エネルギー及び波長の量に依存するだろうから、分配された液滴を部分的に硬化させるのに要する実際の時間は、供給される硬化エネルギーへの露出に起因し、液滴が供給された放射に曝される前に表面上に存在する時間よりも長くても短くてもよい。１つの例では、１２０マイクロメータ（μｍ）の分配された液滴を部分的に硬化させるために使用される露光時間は、約１０−１５ｍＪ／ｃｍ２のＵＶ放射の放射露光レベルに対して約０．４マイクロ秒（μｓ）である。この短い時間枠内で液滴を「固定」するために、高度な研磨パッドの表面３４６Ａが硬化デバイス３２０から供給された放射３２１に露出される間、液滴吐出プリンタ３０６の分配ノズルを研磨パッドの表面から、０．１ミリメータ（ｍｍ）から１０ｍｍまで、又は０．５ｍｍから１ｍｍまでなど、短距離に位置付ける必要がある。また、液滴組成物、前に形成された層の硬化量（例えば、前に形成された層の表面エネルギー）、硬化デバイス３２０からのエネルギー量、及び液滴組成物の光開始剤の量を制御することによって、液滴の接触角αは、固定された液滴のサイズ、ひいては印刷プロセスの解像度を制御するために制御することができることも分かった。１つの例では、下層の硬化は、約７０％のアクリレート転化率の硬化であり得る。固定された、又は少なくとも部分的に硬化された液滴は、本明細書では硬化した液滴とも呼ばれる。幾つかの実施形態では、固定液滴サイズ３４３Ａは、約１０ミクロンから約２００ミクロンまでの間である。幾つかの実施形態では、接触角は、本書では、「固定された」液滴に対する、動的接触角（例えば、非平衡接触角）とも呼ばれるのであるが、望ましくは、５５度よりも大きい、又は６０度よりも更に大きい、少なくとも５０度の値まで制御することができる。
【0070】
付加製造プロセスによって層又は層の一部を形成するために使用されるピクセルチャート内のピクセルの解像度は、分配される液滴の平均「固定」サイズによって定義することができる。したがって、層又は層の部分の材料組成は、「分配された液滴組成物」によって定義することができ、これは、ある液滴組成物の液滴を含む層又は層の部分内のピクセルの総数の百分率である。１つの例では、形成された高度な研磨パッドの層の領域が、６０％の第１の分配された液滴組成物の分配された液滴組成物を有すると定義される場合、次に領域内のピクセルの６０％は、第１の材料組成を含む固定された液滴を含むことになるだろう。層の一部が複数の材料組成を含む場合には、「研磨組成比」を有するものとして高度な研磨パッド内の領域の材料組成を定義することもまた望ましい場合もある。材料組成比は、その上に配置された第１の材料組成を有するピクセルの数の、その上に配置された第２の材料組成を有するピクセルの数に対する比である。１つの例では、ある領域が表面のエリアにわたり配置されている１０００ピクセルを含むと定義され、ピクセルのうちの６００が第１の液滴組成物の固定された液滴を含み、ピクセルのうちの４００が第２の液滴組成物の固定された液滴を含む場合、次に材料組成比は、第１の液滴組成物対第２の液滴組成物が３：２の比率で含まれることになるだろう。各ピクセルが２以上の固定された液滴（例えば、１つのピクセルにつき１．２の液滴）を含み得る構成では、材料組成比は、定義された領域内に見られる第１の材料の固定液滴の数の第２の材料の固定液滴の数に対する比によって定義されるだろう。１つの例では、領域が１０００ピクセルを含むと定義され、領域内に第１の液滴組成物の８００の固定液滴と第２の液滴組成物の４００の固定液滴が存在する場合、材料組成比は、高度な研磨パッドのこの領域については２：１となるだろう。
【0071】
次の下層を形成する分配された液滴表面の硬化量は、この「最初の量」における硬化量が、分配される液滴の次の層が付加製造プロセス中に曝されることになる表面エネルギーに影響を与えるため、重要な研磨パッド形成プロセスパラメータである。各堆積層がその上で成長する後の堆積層を通して供給される追加的に伝達される硬化放射に繰り返し曝されるため、各堆積層が最終的に形成される研磨パッドにおいて到達することになる硬化量にも影響を及ぼすので、最初の硬化用量の量もまた重要である。過度に硬化した材料の材料特性及び／又はその後のステップで引き続き堆積される分配液滴に対する硬化層の表面の湿潤性に影響を及ぼすことになるので、形成された層の過度の硬化を防止することが一般に望ましい。１つの例では、１０−３０ミクロン厚の分配された液滴の層を重合させることは、各液滴を表面上に分配し、その後、約０．１秒から約１秒の時間経過後に、分配された液滴を約１０ｍＪ／ｃｍ２−約１５ｍＪ／ｃｍ２の放射露光レベルでＵＶ放射に露光することによって実行され得る。しかし、幾つかの実施形態では、最初の硬化用量の間に供給される放射線レベルは、層ごとに変化させてもよい。例えば、異なる層における異なる分配液滴組成物に起因して、各最初の量のＵＶ放射線露出の量は、所望レベルの硬化を現在露出されている層の中に、又は下層のうちの一又は複数にも提供するために調節され得る。
【0072】
幾つかの実施形態では、液滴組成物及び最初の硬化ステップ中に硬化デバイス３２０から供給されるエネルギー量を制御することが望ましく、これは、分配される液滴の堆積層が、硬化デバイス３２０によって提供されるエネルギーに直接露出され、層を所望の量を部分的にのみ硬化させるステップである。一般的に、形成された層の表面エネルギーを制御することが、分配された液滴サイズを制御するために重要であるため、最初の硬化プロセスは、分配された液滴をバルク硬化させることに対して、主に分配された液滴を表面硬化させることが望ましい。１つの例では、分配された液滴が部分的に硬化される量は、分配された液滴中の材料の化学的変換の量によって定義することができる。１つの例では、ウレタンポリアクリレート含有層を形成するために使用される分配された液滴中に見られるアクリレートの転化率は、パーセンテージｘによって定義され、以下の方程式により算出される。【0073】
最初の層形成ステップ中に分配された液滴を部分的に硬化させるプロセスはまた、残留アクリル基などの残留未結合基の存在に起因して、後に堆積する層の間に何らかの化学的結合／接着が確実に存在することになるためには重要であり得る。残留未結合基は、重合されていないので、後に堆積した層との化学結合を形成することに関与する可能性がある。したがって、層間の化学結合の形成は、パッド形成プロセス中の層成長による層の方向（例えば、図３ＢではＺ方向）に、形成された高度な研磨パッドの機械的強度を増加させることができる。ゆえに、上記のように、層間の結合は、物理的力及び／又は化学的力によって形成され得る。
【0074】
分配された液滴の混合、又は分配された液滴の配置は、個々に調整可能な特性を有する層を形成し、形成された層の複合体である望ましいパッド特性を有する研磨パッドを形成するために、層ごとに調整することができる。１つの例では、図３Ｂに示すように、分配された液滴の混合物は、分配された液滴３４３と３４７の５０：５０の比（又は１：１の材料組成比）を含み、分配された液滴３４３は、分配された液滴３４７に見られる材料から少なくとも１つの異なる材料を含む。第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６などの研磨本体２０２の部分の特性は、堆積プロセス中に分配された液滴の位置決めから形成される第１の組成物及び第２の組成物の比率及び／又は分配に従って調節又は調整されてもよい。例えば、第１の組成物の重量％は、組成物の総重量に基づき約１重量％から組成物の総重量に基づき約１００重量％までであり得る。同様に、第２の組成物は、組成物の総重量に基づき約１重量％から組成物の総重量に基づき約１００重量％までであり得る。硬度及び／又は貯蔵弾性率などの必要とされる材料特性に応じて、２以上の材料の組成物を異なる比率で混合して、所望の効果を実現することができる。１つの実施形態では、第１研磨要素２０４及び／又は第２研磨要素２０６の組成物は、少なくとも１つの組成物若しくは組成物の混合、並びに一又は複数のプリンタによって分配される液滴のサイズ、位置及び／又は密度を選択することによって制御される。したがって、コントローラ３０５は、一般的に、ノズル３０９−３１０、３１１−３１２を位置決めして、形成されている研磨パッドの表面に所望の密度及びパターンで位置決めされた互いにかみ合った液滴を有する層を形成するように適合される。幾つかの構成では、分配された液滴は、各液滴が他の液滴と混ざらない場所に配置され、よって各々が硬化前に個別の材料「島状構造」を保つことを確実にするように堆積させることができる。幾つかの構成では、分配された液滴はまた、同じ層内の事前に分配された液滴の上に置かれて、構築速度を増加させる又は材料特性を混合することもできよう。表面での互いに対する液滴の配置は、層内の分配された液滴の各々の部分的な混合挙動を可能にするように調整されてもよい。場合によっては、それぞれ、隣接する液滴中の成分の混合を多かれ少なかれ提供するために、液滴を互いにより近づけて又はより離して配置することが望ましいこともあろう。他の分配された液滴及び各液滴の組成物に対する液滴配置の制御は、形成された高度な研磨パッドの機械的特性及び研磨特性に影響を及ぼす可能性があることが分かった。
【0075】
第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６を形成するために２つの組成物だけが本明細書で一般的に考察されているが、本開示の実施形態は、組成勾配を介して相互結合される複数の材料を有する研磨パッド上に特徴を形成することを包含する。幾つかの構成では、研磨パッド内の第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６の組成物は、以下で更に説明するように、研磨面に平行な面内及び／又は研磨パッドの厚さを介して調節される。
【0076】
組成勾配を形成する能力、及び高度な研磨パッド内及び全域で化学的内容物を局部的に調整する能力は、「インク噴射可能な」低粘度組成物、又は図３Ｂに示す液滴「Ａ」及び／又は「Ｂ」を形成するために使用される、３Ｄ印刷技術における低粘度の「インク」によって可能になる。低粘度インクは、「プレポリマー」組成物であり、パッド本体２０２に見られる形成された第１の研磨要素２０４及び第２研磨要素２０６に対する「前駆体」である。低粘度のインクは、従来の技術（例えば、成形及びキャスティング）によっては利用できない広範囲の化学物質及び個別の組成物の供給を可能にし、したがって、制御された組成遷移又は勾配をパッド本体２０２の異なる領域内に形成することが可能になる。これは、粘度を下げる反応性希釈剤を高粘度官能性オリゴマーに付加して混合し、適切な粘度配合物を実現し、その後、硬化デバイス３２０によって供給される硬化エネルギーに曝されたときに、希釈剤が高粘度官能性オリゴマーと共重合される。反応性希釈剤はまた、溶媒として作用し得るため、各ステップで除去されなければならない不活性非反応性溶媒又はシンナーの使用が排除される。
【0077】
１つの実施形態では、図３Ａの前駆体供給セクション３５３及び前駆体配合物セクション３５４を参照すると、第１の前駆体３５６は、第２の前駆体３５７及び希釈剤３５８と混合され、第１の印刷可能なインク組成物３５９が形成され、これは、プリンタ３０６Ｂのリザーバ３０４Ｂに供給され、研磨本体２０２の一部を形成するために使用される。同様に、第３の前駆体３６６が第４の前駆体３６７及び希釈剤３６８と混合され、第２の新しい印刷可能なインク組成物３６９を形成することができ、これは、プリンタ３０６Ａのリザーバ３０４Ａに供給され、研磨本体２０２の別の部分を形成するために使用される。いくつかの実施形態では、第１の前駆体３５６及び第３の前駆体３６６は各々、多官能性オリゴマーなどのオリゴマーを含み、第２の前駆体３５７及び第４の前駆体３６７は各々、多官能性モノマーを含み、希釈剤３５８及び希釈剤３６８は各々、反応性希釈剤（例えば、モノマー）及び／又は開始剤（例えば、光開始剤）を含む。第１の印刷可能な組成物３５９の１つの例は、２５℃で約１０００センチポアズ（ｃＰ）から、２５℃で約１２，０００ｃＰまでの粘度を有し得る脂肪族鎖セグメントを含む反応性二官能性オリゴマーを含む第１の前駆体３５６を含み得、次いで、モノアクリレートなどの、１０ｃＰ、２５℃の反応性希釈剤（例えば、希釈剤３５８）と混合し希釈して、新しい粘度を有する新しい組成物が生成される。このようにして得られた印刷可能な組成物は、２５℃で約８０ｃＰから約１１０ｃＰの粘度、及び７０℃で約１５ｃＰから約３０ｃＰの粘度を示し、３Ｄプリンタインクジェットノズルから効果的に分配され得る。
【0078】
図４Ａから図４Ｆは、研磨本体の一又は複数の領域にわたる組成勾配を含む高度な研磨パッドの例を提供する。図４Ａから図４Ｄにおいて、白いピクセルマークは、第１の材料の分配される液滴が分配される場所を概略的に示すことを意図しているのに対し、黒いピクセルマークは、研磨パッドを形成するために使用される一又は複数の層内に材料が分配されない場合を示している。これらの技術を使用することにより、完全な研磨パッドの少なくとも一部を形成するために使用される印刷された層に、硬化した材料の組成勾配、又は複数の硬化した液滴によって形成された材料を形成することができる。研磨パッド内の印刷された層の調整された組成物は、研磨パッドの全体的な機械的特性を調節し調整するために使用することができる。研磨特徴の組成物は、任意の適切なパターンで変化し得る。本明細書に記載された研磨パッドは、２種類の材料から形成されるように示されているが、３種類以上の材料を含む研磨パッドが本発明の範囲内にあるので、この構成は、本明細書で提供される本開示の範囲を限定することを意図していない。図２Ａから図２Ｋの研磨パッドのような研磨パッドの任意の設計における研磨特徴の組成物は、図４Ａから図４Ｆの研磨パッドと同様の方法で変更され得ることに留意されたい。
【0079】
図４Ａ及び図４Ｂは、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６の部分を含む高度な研磨パッド内の印刷層のピクセルチャートを反映する白黒ビットマップ画像である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、白色のピクセルマークが、第１の材料の液滴が分配される場所であるのに対して、黒色のピクセルのマークは、材料が分配及び硬化されない場所である。図４Ａは、高度な研磨パッド２００内の層の第１の部分のピクセルチャート４００ａであり、図４Ｂは、同じ高度な研磨パッドの第２の部分のピクセルチャート４００ｂである。第１の部分は、ピクセルチャート４００ａに従って第１の印刷ヘッドによって分配され、第２の部分は、ピクセルチャート４００ｂに従って第２の印刷ヘッドによって分配され得る。２つの印刷ヘッドは、ピクセルチャート４００ａ、４００ｂを一緒に重ね合わせて、別個の研磨特徴を含む一又は複数の層を形成する。研磨パッドのエッジ領域付近の研磨特徴は、第２の材料より多くの第１の材料を含む。研磨パッドの中央領域付近の研磨特徴は、第１の材料より多くの第２の材料を含む。この例では、各研磨特徴は、第１の材料と第２の材料との固有の組み合わせを有する。１つの例では、第１の研磨要素２０４は、第１の材料と第２の材料との第１の組み合わせを含み、第２の研磨要素２０６は、第１の材料と第２の材料との異なる第２の組み合わせを含む。従って、ピクセルチャートを用いることにより、材料組成の所望の勾配が研磨本体の異なる部分において実現され、高度な研磨パッドの所望の研磨性能を実現するように、研磨本体を順次形成することができる。
【0080】
図４Ｃ及び図４Ｄは、特徴を有する研磨パッドの概略的なピクセルチャート４００ｃ、４００ｄである。幾つかの実施形態では、図４Ｃは、研磨パッドの第１の部分のピクセルチャート４００ｃであり、図４Ｄは、同じ研磨パッドの第２の部分のピクセルチャート４００ｄである。図４Ｃ及び図４Ｄによる研磨パッドは、研磨本体の材料組成の勾配が研磨パッドを横切って左から右に変化することを除き、図４Ａ及び図４Ｂの研磨パッドと類似である。
【0081】
図４Ｅは、研磨面２０８（例えば、Ｙ方向）にわたって材料組成の勾配を有する研磨面２０８を形成するための付加製造プロセスを用いて形成されるウェブベースの研磨パッド４００ｅの概略図である。図４Ｅに示すように、研磨材料は、第１のロール４８１と第２のロール４８２との間のプラテン１０２上に配置され得る。高い貯蔵弾性率及び低い貯蔵弾性率の異なる領域を有するウェブ或いは標準的な研磨パッドを構築することによって、基板は、研磨プロセスの各段階中に所望の機械的特性を提供するために、研磨プロセスの異なる部分の間に研磨パッド４００ｅ上の異なる場所上方に移動させることができる。１つの例は、高い弾性率を有する研磨パッド４００ｅの平坦化部分を使用して急速に除去された最初の表面テクスチャを有する基板を含み、次いで基板が研磨パッド４００ｅの第２の部分に移動され、基板表面が研磨され、スクラッチ欠陥が低減され得る。
【0082】
図４Ｆは、Ｚ方向の材料組成に勾配を有する研磨ベース層４９１を形成するために付加製造プロセスを用いて形成される高度な研磨パッド４００ｆの概略側断面図である。研磨ベース層４９１の積層印刷層の材料組成及び／又は材料特性における勾配は、第１の材料から第２の材料の高濃度から低濃度に一方向に又はその逆に変化し得る。場合によっては、研磨パッド内の一又は複数の領域は、異なる材料特性を有する少なくとも２つの材料の高／低／高又は低／高／低濃度勾配のような、より複雑な濃度勾配を含み得る。１つの例では、濃度勾配を形成する少なくとも２つの材料は、異なる貯蔵弾性率Ｅ’、Ｅ’３０／Ｅ’９０比、損失係数又は他の類似のパラメータを有する。幾つかの構成では、高度な研磨パッド４００ｆは、少なくとも第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６を含む別個の領域を含み得る研磨要素領域４９４を含み得る。１つの例では、研磨要素領域４９４は、図２Ａから図２Ｋに示す構造のうちの一又は複数を含む研磨本体２０２の一部を含み得る。
【0083】
１つの実施形態では、ベース層４９１は、ベース層４９１内に形成された各層に２以上の異なる材料の均質な混合物を含む。１つの例では、均質な混合物は、ベース層４９１内に形成された各層に第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６を形成するために使用される材料の混合物を含み得る。幾つかの構成では、材料の均質な混合物の組成物を層ごとに変化させて、層成長方向（例えば、図３ＢのＺ方向）における材料組成の勾配を形成することが望ましい。用語「均質な混合物」は、各層内に少なくとも２つの異なる組成物を有する印刷された液滴を分配して硬化させることによって形成された材料を一般的に指すことを意図しており、したがって、各々が所望の解像度でサイズ決定される少なくとも２つの異なる組成物の小さな領域の混合物が含まれ得る。研磨ベース層４９１と研磨要素領域４９４との間の界面は、研磨ベース層４９１の上面及び研磨要素領域４９４の下面に見られる材料の均質なブレンドを含み、又は研磨要素領域４９４の第１の堆積層における異なる材料組成が、研磨ベース層４９１の表面上に直接堆積される場合、個別の移送を含み得る。
【0084】
研磨要素領域４９４、又はより一般的には上述の研磨本体２０２の何れかの実施形態では、第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６の材料組成に、研磨パッドの研磨面に垂直な方向に、勾配を形成することが望ましい。１つの例では、研磨パッドの底部近くの印刷層（例えば、研磨面とは反対側）に軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすること、及び研磨パッドの研磨面近くの印刷層に硬質の又は高い貯蔵弾性率Ｅ’特徴を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすることが望ましい。別の例では、研磨パッドの底部近くの印刷層に硬質の又は高い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすること、及び研磨パッドの研磨面近くの印刷層に軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’特徴を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすることが望ましい。低い貯蔵弾性率Ｅ’を使用する表面特徴は、欠陥除去及びスクラッチ低減に使用することができ、高い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴は、ダイ及びアレイスケール平坦化を強化するために使用することができる。
【0085】
１つの実施形態では、研磨パッドの研磨面に垂直な方向に第１及び／又は第２研磨要素を形成するために使用される材料内の材料組成に勾配を形成することが望ましい。１つの例では、研磨パッドの底部近くの印刷層（例えば、研磨面とは反対側）に第２の研磨要素２０６を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすること、及び研磨パッドの研磨面近くの印刷層に第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすることが望ましい。別の例では、研磨パッドの底部近くの印刷層に第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすること、及び研磨パッドの研磨面近くの印刷層に第２の研磨要素２０６を形成するために使用される材料組成の濃度を高くすることが望ましい。例えば、第１の層では、第１の印刷組成物の第２の印刷組成物に対する材料組成比が１：１であり、第２の層では、第１の印刷組成物の第２の印刷組成物に対する材料組成比が２：１であり、第３の層では、第１の印刷組成物の第２の印刷組成物に対する材料組成比が３：１である。１つの例では、第１の印刷組成物は、第２の印刷組成物よりも高い貯蔵弾性率Ｅ’を含む材料を有しており、第１、第２及び第３の層の連続的成長の方向は、高度な研磨パッドの支持面から離れている。勾配は、堆積された層の平面内に印刷された液滴の配置を調節することによって、単一層の様々な部分内に形成することもできる。
【0086】
高度な研磨パッド形成プロセスレイいくつかの実施形態では、高度な研磨パッド２００の構築は、研磨パッド設計のＣＡＤモデルを作成することにより開始する。これは、Ｕｎｉｇｒａｐｈｉｃｓや他の類似のソフトウェアなど、既存のＣＡＤ設計ソフトウェアを使用して行うことができる。モデリングソフトウェアによって生成される出力ファイルは、高度な研磨パッド設計が設計要件（例えば、水密、質量密度）を確実に満たすように分析プログラムに読み込まれる。次に出力ファイルがレンダリングされ、３Ｄモデルは、一連の２Ｄデータビットマップ又はピクセルチャートに「スライス」される。上述のように、２Ｄビットマップ又はピクセルチャートは、高度な研磨パッド内の層が構築されることになるＸ−Ｙ平面にわたる位置を定義するために使用される。幾つかの付加製造プロセス用途では、これらの位置は、レーザがパルスする場所を定義し、他の用途ではノズルが材料の液滴を吐出する場所を定義することになろう。
【0087】
ピクセルチャートに見られる座標は、例えばポリジェット印刷ヘッドを使用して未硬化ポリマーの特定の液滴が配置されることになる場所を定義するために使用される。Ｘ−Ｙ位置に対するすべての座標と、Ｚステージ位置を支持する所定のパッドは、ピクセルチャートに基づき定義されることになるだろう。各Ｘ、Ｙ及びＺ位置は、液滴分配か液滴非分配の状態のいずれかを含むことになるだろう。印刷ヘッドは、構築速度を増加させるために、又は追加種類の材料を堆積させるために、Ｘ方向及び／又はＹ方向のアレイで組み立てられてもよい。図４Ａから図４Ｄに示す例では、黒いピクセルは、ノズルが材料を堆積させない位置を示し、白いピクセルは、ノズルが材料を堆積させる場所を示す。形成された各層において、材料マップ又はピクセルチャートを組み合わせることにより、所望の形状又は構造の構成の研磨パッドを、互いに近接した別個の液滴の位置決めによって印刷することができる。
【0088】
３Ｄプリンタのような付加製造デバイスは、熱可塑性ポリマーの堆積、感光性樹脂前駆体組成物の堆積及び硬化、及び／又は分配された粉末層のレーザーパルス型焼結及び溶融によって高度な研磨パッドを形成するために使用することができる。幾つかの実施形態では、高度な研磨パッド形成プロセスは、ＵＶに敏感な材料のポリジェット印刷の方法を含み得る。この構成では、前駆体配合物の液滴（例えば、第１の印刷可能なインク組成物３５９）が、液滴吐出プリンタ３０６内のノズルから吐出され、樹脂前駆体組成物が、構築ステージ上に堆積される。材料がノズルのアレイから堆積されると、ローラ又は他の手段を用いて材料が平らにされ、滴を平坦なフィルム層へスムーズに移行する、又は余分な材料を移動させて取り除くことができる。液滴が分配されている間、及び／又はその直後に、ＵＶランプ又はＬＥＤ放射源が堆積層の上を通過して、分配された液滴を固体ポリマーネットワークに硬化させ又は部分的に硬化させる。このプロセスは、パッドモデルの最終的な実施形態が機械的に正常であることを確実にするために、層内及び層間の適切な凝集力を有する層の最上部に構築された層である。
【0089】
構築プロセスを通してポリマー応力をより良好に制御するために、一又は複数の層の形成中に熱が加えられてもよい。熱の供給により、各硬化層又は部分的硬化層に形成されたポリマーネットワークが弛緩し、それによって応力を低減し、フィルムの応力履歴を除去可能にする。フィルム中の応力は、研磨パッド形成プロセスの間又は後に、研磨パッドの望ましくない変形をもたらす可能性がある。部分的に形成された研磨パッドをプリンタの構築トレイ上にある間に加熱することにより、最終的なパッド特性が層ごとのプロセスを介して設定され、予測可能なパッド組成物及び研磨結果を実現できることが保証される。研磨パッド形成プロセスに熱を誘導することに加えて、成長中の研磨パッドを取り囲むエリアが、未硬化樹脂への酸素露出を減少させるように修正されてもよい。これは、真空を使用することによって、又は窒素（Ｎ２）又は他の不活性ガスで構築チャンバをフラッディングすることによって行うことができる。成長パッド上の酸素の減少は、フリーラジカル重合反応の阻害を低減し、分配された液滴のより完全な表面硬化を保証する。
【0090】
配合物及び材料の例上述のように、パッド本体２０２の部分を形成するために使用される材料、例えば、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６などは、それぞれ、官能性ポリマー、官能性オリゴマー、反応性希釈剤、及び硬化剤の混合物であり得る少なくとも１つのインクジェット可能なプレポリマー組成物から形成され得、高度な研磨パッドの所望の特性が実現される。一般に、プレポリマーインク又は組成物は、硬化剤又は化学開始剤の有無に関わらず、放射エネルギー又は熱エネルギーによる露光又は接触を含む任意の数の手段の使用によって堆積された後に処理されてもよい。一般に、堆積された材料は、紫外線放射（ＵＶ）、ガンマ線放射、Ｘ線放射、可視放射、ＩＲ線、及びマイクロ波放射を含み得る電磁放射に曝すことができ、また加速した電子ビーム及びイオンビームは、重合反応を開始するために使用されてもよい。この開示の目的のために、硬化方法、又は硬化剤若しくは酸素阻害剤を介するなどした、増感剤、開始剤、及び／又は硬化剤のなど、重合を支援するための添加物の使用は、制限されない。
【0091】
１つの実施形態では、一体パッド本体２０２内の第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６などの２以上の研磨要素は、少なくとも１つの放射硬化性樹脂前駆体組成物の連続的堆積及び堆積後処理から形成されてもよく、ビニル基、アクリル基、メタクリル基、アリル基及びアセチレン基を含むがこれらに限定されない不飽和の化学的部分又は基を有する官能性ポリマー、官能性オリゴマー、モノマー及び／又は反応性希釈剤を含む。研磨パッド形成プロセス中に、不飽和基は、ドイツＬｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎのＢＡＳＦによって製造されたＩｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）製品などのフリーラジカル発生光開始剤のような硬化剤の存在下で、ＵＶ照射などの放射線に露出されたときにフリーラジカル重合を受けることがある。
【0092】
２種類のフリーラジカル光開始剤が、本明細書で提供される開示の実施形態のうちの一又は複数で使用され得る。本明細書でバルク硬化光開始剤とも呼ばれる第１の種類の光開始剤は、紫外線を照射すると開裂し、フリーラジカルを直ちに生成し、重合を開始させる開始剤である。第１の種類の光開始剤は、分配された液滴の表面及び貫通又はバルク硬化の両方に有用であり得る。第１の種類の光開始剤は、ベンゾインエーテル、ベンジルケタール、アセチルフェノン、アルキルフェノン及びホスフィンオキシドを含むが、これらに限定されない群から選択され得る。本明細書で表面硬化光開始剤とも呼ばれる第２の種類の光開始剤は、ＵＶ照射によって活性化され、実際の開始フリーラジカルとなる第２の化合物からの水素抽出によってフリーラジカルを形成する光開始剤である。この第２の化合物は、しばしば共開始剤又は重合共力剤と呼ばれ、アミン共力剤であり得る。アミン共力剤は、酸素阻害を減少させるために使用され、したがって、第２の種類の光開始剤は、高速表面硬化に有用であり得る。第２の種類の光開始剤は、ベンゾフェノン化合物及びチオキサントン化合物を含むがこれらに限定されない群から選択され得る。アミン共力剤は、活性水素を有するアミンであってもよく、１つの実施形態では、アミン含有アクリレートなどのアミン共力剤は、樹脂前駆体組成物配合物中のベンゾフェノン光開始剤と組み合わせて、ａ）酸素阻害を制限し、ｂ）液滴又は層表面の寸法を固定するように液滴又は層表面を高速で硬化させ、ｃ）硬化プロセスを通して層の安定性を高める。場合によっては、フリーラジカル硬化機構を遅延させる又は阻害する、二原子酸素によるフリーラジカルクエンチングを妨害又は回避するために、不活性ガス雰囲気などの酸素が制限された又は無酸素の硬化雰囲気又は環境、及び乾燥し、脱気され、ほとんど酸素を含まない化学試薬が選択され得る。
【0093】
高度な研磨パッドが形成されるときに下層の硬化エネルギーに対する繰り返しの露出がこれらの下層の特性に影響を与えることになるので、印刷された配合物中の化学開始剤の量を制御することは、形成された高度な研磨パッドの特性を制御する際に重要な要素であることが分かった。言い換えれば、堆積層のある量の硬化エネルギー（例えば、ＵＶ光、熱など）への繰り返しの露出は、形成された各層内で、硬化の程度、又はその層の表面の過度の硬化に影響を及ぼすことになるだろう。したがって、幾つかの実施形態では、表面が最初に硬化し、付加的なＵＶ光が表面硬化領域下の材料に到達するのを阻止するだろうから、表面硬化動態が貫通硬化（バルク硬化）よりも速くならないよう保証することが望ましく、よって、概して部分的に硬化した構造体を「硬化しすぎない（ｕｎｄｅｒ−ｃｕｒｅｄ）」ようにする。いくつかの実施形態では、適切な鎖延長及び架橋を確実にするために、光開始剤の量を減らすことが望ましい。一般に、より高い分子量のポリマーは、より遅い制御された重合で形成されることになるだろう。反応生成物が含有するラジカルが多すぎる場合、反応動態が速く進みすぎて、分子量が低下し、次に硬化材料の機械的特性が減少するだろうと考えられる。
【0094】
幾つかの実施形態では、第１の研磨要素２０４及び第２研磨要素２０６は、ポリアミド、ポリカーボネート、ポリエステル、ポリエーテルケトン、ポリエーテル、ポリオキシメチレン、ポリエーテルスルホン、ポリエーテルイミド、ポリイミド、ポリオレフィン、ポリシロキサン、ポリスルホン、ポリフェニレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリウレタン、ポリスチレン、ポリアクリロニトリル、ポリアクリレート、ポリメチルメタクリレート、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、エポキシアクリレート、ポリカーボネート、ポリエステル、メラミン、ポリスルホン、ポリビニル材料、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ハロゲン化ポリマー、ブロックコポリマー及びそれらのコポリマーから選択された少なくとも１つのオリゴマー及び／又はポリマーセグメント、化合物、又は材料を含み得る。第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６を形成するために使用される組成物の製造及び合成は、化学構造Ａに示されるような、前述のポリマー及び／又は分子セグメントの少なくとも１つを有する、少なくとも１つのＵＶ放射硬化性官能性及び反応性オリゴマーを使用して実現され得る：【0095】
化学構造Ａで表される二官能性オリゴマー、ビスフェノール−Ａエトキシレートジアクリレートは、パッド本体２０２の中の第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６に見られる材料の低い、中間の及び高い貯蔵弾性率Ｅ’特性に寄与し得るセグメントを含む。例えば、芳香族基は、フェニル環によって与えられる幾つかの局部的剛性のために、パッド本体２０２に付加的な剛性を与え得る。しかしながら、当業者は、エーテル鎖セグメント「ｎ」を増加させることにより、貯蔵弾性率Ｅ’が低下し、したがって、柔軟質が増したより軟質の材料が生成されることを認識するだろう。１つの実施形態では、ゴムのような反応性オリゴマー、ポリブタジエンジアクリレートは、化学構造Ｂに示すような幾つかのゴムのような弾性伸びを有するより軟質でより弾性のある組成物を形成するために使用され得る。【0096】
ポリブタジエンジアクリレートは、ペンダントアリル官能基（図示されている）を含み、これは他の未反応の不飽和部位との架橋結合反応を受けることがある。いくつかの実施形態では、ポリブタジエンセグメント「ｍ」中の残留二重結合が反応して、可逆的エラストマー特性をもたらす架橋結合を生成する。１つの実施形態では、組成物架橋結合を含む高度な研磨パッドは、約５％から約４０％の伸び率、及び約６対約１５のＥ’３０：Ｅ’９０比を有し得る。幾つかの架橋化学物質の例は、ｔｅｒｔ−ブチルペルベンゾエート、ジクミルペルオキシド、ベンゾイルペルオキシド、ジ−ｔｅｒｔ−ブチルペルオキシドなどの硫黄加硫及びペルオキシドを含む。１つの実施形態では、総配合重量で３％の過酸化ベンゾイルをポリブタジエンジアクリレートと反応させて、架橋密度が少なくとも約２％となるように架橋を形成する。
【0097】
化学構造Ｃは、別の種類の反応性オリゴマー、ポリウレタンアクリレート、高度な研磨パッドに可撓性及び伸びを与え得る材料を表す。ウレタン基を含むアクリレートは、脂肪族又は芳香族ポリウレタンアクリレートであり、構造中に示されるＲ基又はＲ’基は、脂肪族、芳香族、オリゴマーであり、酸素などのヘテロ原子を含み得る。【0098】
反応性オリゴマーは、アクリル部位などの少なくとも１つの反応部位を含み得、一官能性、二官能性、三官能性、四官能性、五官能性及び／又は六官能性であり、したがって架橋結合の焦点として作用し得る。図５Ｂは、３Ｄ印刷可能なインク組成物を形成するために有用であり得る幾つかの硬化反応性オリゴマーの応力対歪みのグラフである。オリゴマーは、「軟質の」又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の材料、「中間の軟質の」又は中間の貯蔵弾性率Ｅ’の材料、又は「硬質の」又は高い貯蔵弾性率Ｅ’の材料（例えば、表１）を表し得る。図示されているように、貯蔵弾性率Ｅ’（例えば、勾配、又はΔｙ／Δｘ）は、軟質かつフレキシブルで伸縮性のあるポリウレタンアクリレートからアクリルアクリレートに、次いでポリエステルアクリレートに、次いで一連の中で最も硬質である、硬質で高い貯蔵弾性率Ｅ’’エポキシアクリレートに増大する。図５Ｂは、高度な研磨パッドの製造に有用であり得る貯蔵弾性率Ｅ’の材料、又は貯蔵弾性率Ｅ’の材料の範囲又は混合物をどのように選択し得るかを示している。官能性オリゴマーは、米国ペンシルベニア州エクストンのＳａｒｔｏｍｅｒ ＵＳＡ、米国コネティカット州トーリントンのＤｙｍａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、及び米国ジョージア州アルファレッタのＡｌｌｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎを含む様々な供給源から得ることができよう。
【0099】
本開示の実施形態では、ジ、トリ、テトラ及び高官能性アクリレートを含む多官能性アクリレートが、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０４に見られる材料を形成するために使用される材料内に、及び／又は第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０４に見られる材料の間に架橋結合を生成し、よって貯蔵弾性率Ｅ’、粘性ダンピング、反発、圧縮、弾性、伸び及びガラス転移温度を含む研磨パッド特性を調節するために使用され得る。第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６を形成するために使用される様々な材料内の架橋結合の程度を制御することによって、望ましいパッド特性を形成できることが分かった。幾つかの構成において、低粘性族の材料は、順次配合物及び処理窓を拡大する広範な分子量のみならず、線形、分岐状、及び／又は環状などのより多様な分子構造も提供するので、多官能性アクリレートは、有利には、研磨剤配合物中の硬質な芳香族の代わりに使用され得る。多官能性アクリレートの幾つかの例は、化学構造Ｄ（１，３，５−トリアクリロイルヘキサヒドロ−１，３，５−トリアジン）及びＥ（トリメチロールプロパントリアクリレート）に示されている。【0100】
架橋結合が形成される種類若しくは架橋剤、化学構造、又は機構は、本開示の実施形態において限定されない。例えば、アミン含有オリゴマーは、アクリル部分とマイケル付加型反応して共有結合架橋を形成してもよく、又はアミン基がエポキシド基と反応して共有結合架橋を形成してもよい。他の実施形態では、架橋結合は、イオン結合又は水素結合によって形成されてもよい。架橋剤は、直鎖状、分枝状又は環状分子セグメントを含み、更にオリゴマー及び／又はポリマーセグメントを含み、窒素及び酸素のようなヘテロ原子を含み得る。パッド組成物を研磨するために有用であり得る架橋性化学化合物は、米国ミズーリ州セントルイスのＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ、米国ペンシルベニア州エクストンのＳａｒｔｏｍｅｒ ＵＳＡ、米国コネティカット州トーリントンのＤｙｍａｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ、及び米国ジョージア州アルファレッタのＡｌｌｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎを含む様々な供給源から入手可能である。
【0101】
本明細書に記載されるように、反応性希釈剤は、高粘度官能性オリゴマーと混合される粘度薄め溶剤として使用することができ、適切な粘度配合物が実現され、その後、硬化エネルギーに曝されるときに高粘度の官能性オリゴマーと希釈剤との共重合が行われる。１つの実施形態では、ｎ〜４の場合、ビスフェノール−Ａエトキシレートジアクリレートの粘度は、２５℃で約１３５０センチポアズ（ｃＰ）であり得、この粘度は高すぎて、３Ｄ印刷プロセスでこのような材料の分配を実現することができない。したがって、ビスフェノール−Ａエトキシレートジアクリレートを低粘度の反応性希釈剤、例えば、低分子量アクリレートと混合して、粘度を２５℃で約１ｃＰから約１００ｃＰ、例えば、２５℃で約１ｃＰから約２０ｃＰに低下させることが望ましいことがあろう。使用される反応性希釈剤の量は、配合物成分の粘度及び希釈剤それ自体に依存する。例えば、１０００ｃＰの反応性オリゴマーは、ターゲット粘度を達成するために、配合物の少なくとも４０重量％の希釈を必要とすることがある。反応性希釈剤の例は、化学構造Ｆ（イソボルニルアクリレート）、Ｇ（デシルアクリレート）及びＨ（グリシジルメタクリレート）で示される。【0102】
研磨パッドの製造に有用であり得る放射硬化の別の方法は、ＵＶ又は低エネルギー電子ビームによって開始されるカチオン硬化である。エポキシ基含有材料は、カチオン硬化性であってもよく、エポキシ基の開環重合は、プロトン及びルイス酸などのカチオンによって開始されてもよい。エポキシ材料は、モノマー、オリゴマー又はポリマーであってもよく、脂肪族、芳香族、脂環式、アリール脂肪族又は複素環式の構造を有していてもよく、脂環式又は複素環式の環系の一部を形成する側基又は基としてエポキシド基を含むこともできる。
【0103】
ＵＶ開始カチオン光重合は、より低い収縮、より良好な透明性、リビング重合を介したより良好な貫通硬化、及び酸素阻害の欠如を含むフリーラジカル光重合と比較して、幾つかの利点を示す。ＵＶカチオン重合は、エポキシド、ビニルエーテル、プロペニルエーテル、シロキサン、オキセタン、環状アセタール及びホルマール、環状スルフィド、ラクトン及びラクタムなどのフリーラジカル手段によって重合することができない重要な分類のモノマーを重合し得る。これらのカチオン重合性モノマーは、本明細書に記載の炭素−炭素二重結合を介してフリーラジカル重合を受けることもあるグリシジルメタクリレート（化学構造Ｈ）などの両不飽和モノマーを含む。ＵＶ光（２２５ｎｍから３００ｎｍ）又は電子ビームと照射されるときに光酸を発生する光開始剤には、アリールオニウム塩、例えばヨードニウム及びスルホニウム塩などであって、ドイツＬｕｄｗｉｇｓｈａｆｅｎのＢＡＳＦから得られるトリアリールスルホニウムヘキサフルオロホスフェイト塩（Ｉｒｇａｃｕｒｅ（登録商標）製品）などが含まれるが、これらに限定されない。
【0104】
１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６、よって一体パッド本体２０２を形成するために使用される材料は、少なくとも１つの放射硬化性樹脂前駆体組成物の連続的堆積及びカチオン硬化から形成され得、その組成物は、エポキシ基を有する官能性ポリマー、官能性オリゴマー、モノマー、及び／又は反応性希釈剤を含有する。混合されたフリーラジカル及びカチオン硬化システムは、コストを節減し、物理的特性の平衡を保つために使用され得る。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６は、少なくとも１つの放射硬化性樹脂前駆体組成物の連続的堆積及びカチオン及びフリーラジカル硬化から形成され得、組成物は、官能性ポリマー、官能性オリゴマー、モノマー、並びにアクリル基及びエポキシ基を有する反応性希釈剤を含有する。別の実施形態では、幾つかのカチオン硬化システムに固有の透明性及び光吸収の不足を利用するために、以下で更に考察される観察窓又はＣＭＰ終点検出窓が、カチオン法によって硬化された組成物から形成され得る。幾つかの実施形態では、形成された高度な研磨パッドの層の幾つかは、カチオン硬化法の使用によって形成されてもよく、層の幾つかは、フリーラジカル硬化法から形成されてもよい。
【0105】
１つの実施形態では、３Ｄ印刷されたポリマー層は、形成された高度な研磨パッド２００に見られる選択された材料層の一又は複数のパッド特性を高めるために使用される無機及び／又は有機粒子を含み得る。３Ｄ印刷プロセスは、層毎に少なくとも１つの組成物の層毎の連続的堆積を含むので、パッド層の上又は内部に配置された無機粒子又は有機粒子を追加的に堆積させて、特定のパッド特性を得る及び／又は特定の機能を実行することもまた望ましいだろう。無機粒子又は有機粒子は、サイズが２５ナノメータ（ｎｍ）から１００マイクロメータ（μｍ）の範囲であり、液滴吐出プリンタ３０６によって分配される前に前駆体物質に追加されても、又は１重量パーセント（ｗｔ％）から約５０ｗｔ％の割合で未硬化印刷層に追加されてもよい。最大引張強度、耐力強度、温度範囲にわたる貯蔵弾性率の安定性、及び熱伝達を改善し、表面ゼータ電位を調節し、及び／又は表面の表面エネルギーを調節するために、無機粒子又は有機粒子が、高度な研磨パッド形成プロセス中に追加されてもよい。粒子の種類、化学組成物又はサイズ、及び追加される粒子は、達成されるべき用途又は所望の効果によって変化し得る。幾つかの実施形態では、粒子は、セリア、アルミナ、シリカ、ジルコニア、窒化物、炭化物、又はそれらの組み合わせなど、金属間化合物、セラミック、金属、ポリマー及び／又は金属酸化物を含み得る。１つの例では、パッドの上、パッド上方又は内部に配置される無機粒子又は有機粒子は、高度な研磨パッドの機械的特性及び／又は熱伝導率を改善するためにＰＥＥＫ、ＰＥＫ、ＰＰＳなどの高性能ポリマーの粒子並びに他の類似の材料を含み得る。３Ｄ印刷された研磨パッドで一体化される粒子はまた、架橋結合の焦点として作用し、重量パーセントの荷重に応じてより高い貯蔵弾性率Ｅ’がもたらされることがある。別の例では、セリアのような極性粒子を含むポリマー組成物は、ＣＭＰスラリのようなパッド表面で極性物質及び液体に対して更なる親和性を有することがある。
【0106】
高度な研磨パッド特性少なくとも第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６を含むパッド本体２０２を有する高度な研磨パッド２００を形成することの利点は、単一の材料組成から形成されるパッド本体には見られない、機械的、構造的及び動的特性を有する構造を形成する能力である。幾つかの実施形態では、第１の研磨要素２０４が第２の研磨要素２０６の一部分（例えば、図２Ａの部分２１２Ａ）上に配置され、その一部分によって支持されている少なくとも１つの領域を含む研磨体２０２を形成することが望ましい。この構成では、２つの材料の特性と構造的構成の組み合わせが、従来の研磨パッド設計よりも望ましい機械的、構造的及び動的特性、並びに改善された研磨性能を有する高度な研磨パッドを形成するために使用できる。
【0107】
第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６中の材料並びに材料の化学構造は、前述の化学的性質を使用することにより「調整された」バルク材料を実現するために選択され得る。この「調整された」バルク材料で形成された高度な研磨パッド２００は、改良された研磨結果、製造コストの低減、及びパッド寿命の延長などの様々な利点を有する。１つの実施形態では、高度な研磨パッド２００は、全体として測定される際に、約２５ショアＡから約７５ショアＤの硬度、５ＭＰａから約７５ＭＰａの引張強度、約５％から約３５０％の破損における伸び、約１０ＭＰａを超える剪断強度、及び約５ＭＰａから約３０００ＭＰａの貯蔵弾性率Ｅ’係数を有し得る。
【0108】
上述のように、研磨された基板上の改善された研磨結果を実現するために、異なる機械的特性を有する材料が、第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６での使用のために選択され得る。形成された第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６に見られる材料の貯蔵弾性率Ｅ’などの機械的特性は、異なる材料、材料組成を選択することによって、及び／又は研磨要素形成プロセス中に使用される異なる堆積後処理ステップ（例えば、硬化プロセス）を選ぶことによって形成され得る。１つの実施形態では、第２の研磨要素２０６が、より低い硬度値及びより低い貯蔵弾性率Ｅ’を有し得るのに対して、第１の研磨要素２０４は、より高い硬度値及びより高い貯蔵弾性率Ｅ’を有し得る。別の実施形態では、貯蔵弾性率Ｅ’は、各研磨要素２０４、２０６内で、及び／又は研磨パッドの研磨面にわたる様々な異なる位置で調節され得る。１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４は、約４０ショアＤスケールから約９０ショアＤスケールの硬度を有し得る。第２の研磨要素２０６は、約２６ショアＡスケールから約９５ショアＡスケールの硬度値を有し得る。第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６は各々、一体のパッド本体２０２内の複数の境界で一緒に混ぜ合わされ、化学的に結合される異なる化学組成物を含み得る。
【0109】
この開示の目的のために、本明細書で提供される開示の範囲の限定を意図するものではないが、高度な研磨パッド２００中の第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６についての３０℃（Ｅ’３０）及び９０℃（Ｅ’９０）の温度での所望の低、中及び／又は高貯蔵弾性率Ｅ’の特性を有する材料が、表２に要約されている：表２
【0110】
高度な研磨パッド２００の１つの実施形態では、複数の第１の研磨要素２０４は、一又は複数の第２の研磨要素２０６の上方に突出するように構成されているので、研磨プロセスの間、基板１１０の表面は、第１の研磨要素２０４の研磨面２０８を使用して研磨される。１つの実施形態では、バルク材料研磨ステップの間に望ましい平坦性、研磨効率、及び低減されたディッシングを確実にするために、研磨プロセス中に基板の表面に接触する第１の研磨要素２０４を、表２に定義されるような高い貯蔵弾性率Ｅ’を有する材料で形成することが望ましい。しかしながら、１つの実施形態では、バフ研磨又は残留物の材料洗浄ステップの間に望ましい平坦性、研磨効率、及び低減されたディッシングを確実にするために、研磨プロセスの間に基板の表面に接触する第１の研磨要素２０４を、低い又は中間の貯蔵弾性率Ｅ’を有する材料で形成することが望ましいこともあろう。
【0111】
幾つかの実施形態では、第１の研磨要素２０４の貯蔵弾性率は、使用された研磨パッドの施釉表面を研磨する（即ち、パッドコンディショニング）プロセスがない場合に、研磨プロセスの除去速度を経時的に低下させるパッド施釉の影響を最小にするように調節される。パッド施釉は、パッド表面の剪断力が接触材料の「コールドフロー」又は塑性変形を引き起こすので、剪断弾性率（Ｇ’）に反比例する、基材の表面に接触する材料の塑性変形によって引き起こされると考えられる。等方性固体の場合、剪断弾性率は、一般に、以下の方程式による貯蔵弾性率に関係する：Ｇ’＝Ｅ’／２（１＋ν）、ここで、νはポイズン比である。したがって、低い剪断弾性率、ゆえに貯蔵弾性率を有する第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料は、より高速な塑性変形を有し、よって施釉エリアが形成されるだろう。ゆえに、第１の研磨要素２０４を、上記のような高い貯蔵弾性率Ｅ’及び／又は硬度を有する材料で形成することも望ましい。
【0112】
パッドコンディショニングプロセスを使用することによって研磨パッドの施釉表面を確実に再活性化できるように、第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料は、破損時に望ましい引張強度及び伸び率を有することが望ましい。幾つかの実施形態では、第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料の最大引張強度（ＵＴＳ）は、約２５０ｐｓｉから９０００ｐｓｉである。第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料のＵＴＳが高いほど、パッドコンディショニングプロセスを行う前、最中又は後に、研磨パッド材料は、より耐久性があり、より微粒子形成が少ない傾向にあると考えられる。１つの例では、第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料のＵＴＳは、約５０００ｐｓｉから約９０００ｐｓｉの間である。いくつかの実施形態では、第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料の破損時の伸びは、約５％から２００％である。第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料の破損時の伸びが低くなればなるほど、材料は変形しにくくなり、したがって研磨捕捉及びスラリ移送を可能にする表面の微細なテクスチャ又は粗さを維持しやすくなると考えられる。１つの実施形態では、基板の研磨面に接触するように構成されている第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料の破損時の伸びは、約５％から約４０％に調節される。
【0113】
処理中パッドの周期的変形に関連するディッシング及び他の負の属性をもたらす可能性のある、研磨中のパッドの弾性反発を減少させる望ましい減衰特性を有する研磨パッドを提供する必要もある。したがって、研磨中に基板の表面に接触する高い貯蔵弾性率Ｅ’の材料の必要性を補償するために、第１の研磨要素２０４を支持するように位置付けられている第２の研磨要素２０６は、低い貯蔵弾性率Ｅ’を有する材料から形成される。
【0114】
１つの例では、高度な研磨パッド２００は、図５Ａに示されたｔａｎδ特性を含み得る。図５Ａは、第１の研磨パッド材料（例えば、曲線５９１）、第２の研磨パッド材料（例えば、曲線５９２）、及び第１の研磨パッド材料（例えば、軟質材料）か第２の研磨パッド材料（例えば、硬質材料）かのいずれかを含む領域を含む高度な研磨パッド構造（例えば、曲線５９３）に関するｔａｎδデータ（１Ｈｚ、傾斜率５°Ｃ／分）を含む。図示されるように、ｔａｎδデータは、曲線５９１及び５９２によって示されるように、第１及び第２の材料について分離した離散的なｔａｎδピークを含む。これとは対照的に、高度な研磨パッド材料のｔａｎδピーク、曲線５９３は、広がり合体し、第２の研磨要素２０６に見られるような第１の研磨パッド材料と、第１の研磨要素２０４に見られるような第２の研磨パッド材料との間に、分子スケール混合、鎖の絡み合い、化学結合及び／又は組成勾配を示している。３０℃から９０℃まで温度で約０．１から約３までのｔａｎδ最大値が、ディッシング、平坦化効率及び他の関連する研磨不均一性の量を最小化するために有用であることが分かった。
【0115】
プロセスの再現性を更に制御するために、高度な研磨パッドにおいて制御できる別のパラメータが、パッド材料の「回復」である。図５Ｃは、第１の研磨要素２０４又は第２の研磨要素２０６の一部を形成し得る材料についての、多数のシミュレートされた研磨サイクルにわたって取られた温度の関数としての貯蔵弾性率Ｅ’のグラフを示す。グラフ５８０は、研磨パッドが約３０℃の開始温度から約９０℃の最終定常状態研磨温度まで加熱され、パッドが各研磨サイクルの間に約９０℃から最終温度約３０℃まで冷却される際に、初期開始貯蔵弾性率値５７６からの貯蔵弾性率Ｅ’の低下を測定する複数の曲線を含む。説明の目的及び説明の明瞭化のために、図５Ｃのグラフは、曲線５８２及び５８３を含む第１の研磨サイクル、曲線５８４及び５８５を含む第２の研磨サイクル、及び曲線５８６及び５８７を含む第３の研磨サイクルを含む、３つの研磨サイクルのデータを示している。図５Ｃに示すように、各サイクル５７７−５７９の終了時に、研磨プロセス中に高い荷重が加えられた場合に、より高い研磨温度で起こる可能性がある、研磨パッド材料に見られる応力の緩和、及び／又はポリマー材料の接合構造の少なくとも部分的な再構成による測定された貯蔵弾性率の低下がある。多くの連続的サイクル後に材料がどれだけ十分に回復するかは、材料の「回復」能力として知られている。回復は、典型的には、開始点５７６から研磨サイクルの同一点で測定される安定平衡点５７９までの材料の特性の大きさ（例えば、貯蔵弾性率）の低下の百分率として測定される。回復は、終了値５８９の開始値５９０に対する比率×１００を測定することによって計算することができる。研磨プロセスの安定性を保証するために、研磨パッド中の材料の回復率は、できるだけ大きいことが一般に望ましく、したがって、回復率は、少なくとも５０％を超えるか、又はＣＭＰプロセスをシミュレートするように構成されている動的機械分析（ＤＭＡ）試験を用いて約７０％以上である必要があると考えられている。１つの例では、ＤＭＡ試験は、約５−１０分の長さ、例えば約８分の長さであり、最大温度傾斜率は、約５℃／分であり、これは標準ＣＭＰプロセスをシミュレートするためのものである。ＤＭＡ試験は、基板、スラリ、保持リング、及び研磨パッドの間の摩擦により研磨器上で行われるパッド加熱をエミュレートするために使用される。熱は、研磨を経て蓄積する傾向があり、次に、パッドから離れて熱の通常の流体対流又は伝導のために基板処理ステップ間で急速にクエンチされる。いくつかの実施形態では、研磨パッドが望ましい回復を有し、よって研磨プロセスが安定していることを保証するために、形成された層の応力及び／又は架橋結合の程度を制御するために、前駆体配合物の組成物及び／又は硬化プロセスパラメータを調節することが望ましい。幾つかの実施形態では、研磨プロセスで使用する前に、高度な研磨パッドをアニールすることも望ましい場合がある。
【0116】
また、基板上で最適な研磨均一性及び研磨性能を維持するためには、パッド材料のＥ’３０：Ｅ’９０の比が必要に応じて制御及び調節されるべきであると考えられている。そのために、１つの実施形態では、形成されたパッド材料（例えば、第１の研磨要素２０４を形成するために使用される材料）及び／又は全体的な高度な研磨パッド２００のうちの一又は複数のＥ’３０：Ｅ’９０の比が、例えば約６から約１５など、約６以上であり得る。研磨パッドは、Ｅ’３０／Ｅ’９０における貯蔵弾性率Ｅ’の比が約６から約３０の範囲におさまるように、約２５℃から約９０℃の温度範囲にわたって安定した貯蔵弾性率Ｅ’を有し得、ここでＥ’３０は、３０℃での貯蔵弾性率Ｅ’であり、Ｅ’９０は、９０℃での貯蔵弾性率Ｅ’である。６以上のＥ’３０：Ｅ’９０比を有する研磨パッドは、通常の処理中に見られる定常状態処理温度未満である温度で高貯蔵弾性率Ｅ’材料を使用するときにしばしば生じるスクラッチ型欠陥を減少させるのに有用である。換言すれば、処理中に基板と接触する材料の温度が上昇するにつれて、材料は、より低いＥ’３０：Ｅ’９０の比を有する材料よりも大きく軟化する傾向があり、したがって、基板の表面を傷つける可能性が低減される傾向にある。研磨プロセスを通じて軟化する材料は、好ましくない方法でプロセスの基板間の安定性に影響を及ぼす可能性がある。しかし、高いＥ’３０：Ｅ’９０比の材料は、研磨プロセスの最初の部分（例えば１０−４０秒）が研磨面材料で高い貯蔵弾性率を必要とし、次いで研磨面材料が適合するレベルまで温度が上昇し続けると、研磨面材料は、バフ又はスクラッチ減少モードで研磨プロセスを終了する。
【0117】
幾つかの実施形態では、高度な研磨パッドの様々な部分の熱伝導率を制御して、研磨プロセスの一又は複数の態様を制御可能にすることが望ましい。１つの実施形態では、図１Ａ−図２ＫのＺ方向のように、研磨面に垂直な方向に、高度な研磨パッド全体の熱伝導率を高めることが望ましい。この例では、従来の研磨パッド配合物に比べて、Ｚ方向の熱伝導率が増加するため、大きな熱質量及び／又は高度な研磨パッドが位置付けられるしばしば冷却される研磨プラテンへの処理中に、研磨パッド表面で発生する熱をより容易に伝導する能力により、研磨パッド表面温度をより低い温度に維持することが可能になる。低下した研磨プロセス温度は、基板のバッチ内の第１の基板のバッチ内の最後の基板（例えば、２５番目の基板）に対する研磨時によく見られる研磨プロセスのばらつきを低減し、基板のバッチ上のポリマー材料によく見られる材料特性（例えば、貯蔵弾性率Ｅ’、Ｅ’比、など）の劣化を低減するだろう。代替的には、幾つかの実施形態では、図１ＡのＺ方向のような、研磨面に垂直な方向に、高度な研磨パッド全体の熱伝導率を低下させることが望ましい。この場合、従来の研磨パッド配合物に比べて、Ｚ方向の熱伝導率が低下することにより、研磨パッドが発生した熱を伝導する能力が低下するため、研磨パッドが処理中に研磨パッド表面で発生した熱を高度な研磨パッドが配置された研磨プラテンに伝導する能力が低下することに起因し、研磨パッド表面温度が研磨中に急速に平衡処理温度まで上昇可能になる。しばしばより高いがより安定した研磨プロセス温度はまた、基板のバッチ内の第１の基板のバッチ内の最後の基板（例えば、２５番目の基板）に対する研磨の際によく見られる研磨プロセスのばらつきを低減するために使用することもできる。
【0118】
したがって、幾つか実施形態では、形成プロセス中に、一又は複数の複数の充填剤、粒子又は他の材料を第１の研磨要素２０４及び／又は第２の研磨要素２０６に加え、本明細書に記載の付加製造プロセスの一又は複数を使用することによって、研磨パッド内の任意の方向（例えば、Ｘ、Ｙ又はＺ方向）に高度な研磨パッド２００の熱伝導率を調節することが望ましい。ポリマーの熱伝導率は、グラファイト、カーボンブラック、炭素繊維、及び窒化物を含む熱伝導性充填剤の付加によって従来高められてきたので、研磨パッド配合物及び組成物は、熱伝導性粒子及び窒化ホウ素のような化合物を含み得、研磨パッドの熱伝導率を高める。例えば、熱伝導性充填剤を含まない従来の研磨パッドは、２５℃で約０．１Ｗ／ｍ・Ｋから約０．５Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有し得る。１つの実施形態では、約２５０Ｗ／ｍ・Ｋの熱伝導率を有する窒化ホウ素が、研磨パッドに配合物に基づき約１０ｗｔ％で付加される。窒化ホウ素を含む層は、研磨されている基板と接触し、研磨中に生じる摩擦研磨力のために最も加熱を受けやすいパッド表面及び／又はパッド表面付近に堆積され得る。１つの実施形態では、付加的な窒化ホウ素粒子は、研磨パッドの熱伝導率を約１０％から約２５％まで増加させ、したがって研磨パッドの寿命を約２倍に増加させた。別の実施形態では、第１の研磨要素２０４などの研磨面又はその付近のポリマー層は、基板金属及び／又は金属酸化物の除去を助ける粒子を含み得る。
【0119】
１つの実施形態では、表面層中のシリカ粒子の重量％は、配合物の約０．１重量％から約３０重量％、例えば１０重量％であり得、これによりそのようなコーティングのショア硬度及び弾性率は、約１０％から約５０％に増加し得る。１つの実施形態では、粒子を３Ｄ研磨パッドインク中でよく混合及び／又は懸濁させ、よって相分離なく容易に分配できるように、粒子表面は化学的に修飾され得る。化学的修飾には、シランカップリング剤などの「カップリング剤」によって粒子の極性表面への界面活性剤のような分子の化学的結合が含まれる。有用であり得る他のカップリング剤には、チタン酸塩及びジルコン酸塩が含まれる。カップリング剤の粒子への化学的結合、カップリング又は付着は、加水分解及び凝縮などの化学反応によって起こり得る。本明細書に記載のカップリング剤及び関連する化合物は、米国ペンシルバニア州モリスビルのＧｅｌｅｓｔ Ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｅｄ、米国ミズーリ州セントルイスのＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈ Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｃｏｍｐａｎｙを含む多くの供給元から入手可能である。
【0120】
１つの実施形態では、一体パッド本体２０２は、空気又は別のガスを含むポアを有し得る。ポアは、放射線又は熱によって誘発された気体材料の生成によって生成され得る。１つの実施形態では、高度な研磨パッドのプレポリマー組成物は、熱に不安定であり、熱に不安定な基を含み得る化合物、ポリマー、又はオリゴマーを含み得る。ポロゲン及び熱に不安定な基は、不飽和な環状有機基などの環状基であってもよい。ポロゲンは、環状炭化水素化合物を含んでもよい。幾つかの例示的なポロゲンは、ノルボルナジエン（ＢＣＨＤ、ビシクロ（２．２．１）ヘプタ−２，５−ジエン）、α−テルピネン（ＡＴＰ）、ビニルシクロヘキサン（ＶＣＨ）、フェニルアセテート、ブタジエン、イソプレン及びシクロヘキサジエンを含むがこれらに限定されない。１つの実施形態では、共有結合したポロゲン基を有する放射硬化性オリゴマーを含有するプレポリマー層が堆積される。ＵＶ照射及び熱に曝された後、多孔性ポリマー層は、ポロゲン基の浸出によって形成され得る。別の実施形態では、複数の多孔性層は、一連の層堆積及びポア形成によって形成され得る。他の実施形態では、分解して窒素ガスを形成する、アゾ化合物などの、ガス副生成物を形成する化合物の熱誘導分解によって、ポアが生成され得る。
【0121】
高度な研磨パッド配合物例上述のように、幾つかの実施形態では、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６のような２以上の研磨要素のうちの少なくとも１つを形成するために使用される材料の一又は複数は、少なくとも１つの硬化性樹脂前駆体組成物の連続的堆積及び堆積後処理によって形成される。一般に、付加製造システム３５０の前駆体供給セクション３５３で行われる前駆体配合プロセス中に混合される硬化性樹脂前駆体組成物は、開始剤などの、官能性オリゴマー、反応性希釈剤及び硬化成分を含む樹脂前駆体組成物の配合物を含むだろう。これらの成分の幾つかの例が表３に列挙される。
表３
【0122】
本明細書に記載の付加製造プロセスの１つの利点は、材料の組成及びパッド本体構造内で使用される様々な材料の構造的構成に基づいて調節することができる特性を有する高度な研磨パッドを形成する能力を含む。以下の情報は、幾つかの材料配合物の幾つかの例、及びこれらの配合物及び／又は処理技術における様々な成分の変化が、従来の研磨パッド設計よりも改善された研磨結果を実現することになる高度な研磨パッドを形成するのに必要な特性のうちの幾つかを有する影響を提供する。これらの例で提供される情報は、第１の研磨要素２０４、第２研磨要素２０６、又は第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６の両方の一部など、高度な研磨パッド２００の少なくとも一部を形成するために使用することができる。本明細書中に提供される例は、他の類似の化学的配合物及び処理技術が本明細書に記載の特性の幾つかを調節するために使用できるので、本明細書に提供される本発明の範囲として限定することを意図するものではない。
【0123】
上記及び下記の硬化性樹脂前駆体組成物成分の例は、比較例を意図しており、当業者は、所望の特性を達成するために種々の供給源からの他の適切なモノマー／オリゴマーを見つけることができる。反応性希釈剤の幾つかの例は、２−エチルヘキシルアクリレート、オクチルデシルアクリレート、環状トリメチロールプロパンホルマールアクリレート、カプロラクトンアクリレート及びアルコキシル化ラウリルメタクリレートである。第１の材料は、Ｓｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから入手可能であり、残りは、Ｓａｒｔｏｍｅｒ ＵＳＡ及び／又はＲａｈｎ ＡＧ ＵＳＡから取得可能であろう（ＳＲシリーズ２０３，２１７，２３８，２４２，３０６，３３９，３５５，３６８，４２０，４８４，５０２、５０６Ａ、５０８、ＳＲ５３１，５５０，５８５，４９５Ｂ、２５６，２５７，２８５，６１１，５０６，８３３Ｓ及び９００３Ｂ、ＣＤシリーズ４２１Ａ、５３５、５４５、５５３，５９０，７３０及び９０７５、Ｇｅｎｏｍｅｒシリーズ１１１６，１１１７ ＰＢＸ、ＰＭＰ、ＤＥＴＸ、ＩＴＸ、ＬＢＣ、ＬＢＰ、ＴＰＯ、及びＴＰＯ−Ｌ、並びにＭｉｒａｍｅｒシリーズ、Ｍ１２０、Ｍ１３０、Ｍ１４０、Ｍ１６４、Ｍ１６６、及びＭ１７０）。二官能性架橋剤の幾つかの例は、ビスフェノールＡグリセロールジメタクリレート、エチレングリコールジメタクリレート、ジエチレングリコールジメタクリレート、テトラエチレングリコールジメタクリレート、１，６−ヘキサンジオールジアクリレート及び１，４−ブタンジオールジアクリレートであり、これらはＳｉｇｍａ−Ａｌｄｒｉｃｈから得ることができよう。オリゴマーの幾つかの例は、脂肪族オリゴマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ ＵＳＡのＣＮシリーズ１３１，１３１Ｂ、１３２，１５２，５０８，５４９，２９１０，３１００，３１０５）、ポリエステルアクリレートオリゴマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ ＵＳＡのＣＮシリーズ２９２，２９３，２９４Ｅ，２９９，７０４，２２００，２２０３，２２０７，２２６１，２２６１ＬＶ，２２６２，２２６４，２２６７，２２７０，２２７１Ｅ，２２７３，２２７９，２２８２，２２８３，２２８５，２３０３）、及び脂肪族ウレタンオリゴマー（Ｓａｒｔｏｍｅｒ ＵＳＡのＣＮシリーズの９２９，９５９，９６１Ｈ８１，９６２，９６９，９６４Ａ８５，９６５，９６８，９８０，９８６，９８９，９９１，９９２，９９６，２９２１，９００１，９００７，９０１３，９１７８，９７８３）を含むことができよう。薬剤又は添加物は、３５５０，３５６０，３０７，３７８，１７９１，１７９４，９０７７、Ａ５１５、Ａ５３５、ＪＥＴ９５１０、ＪＥＴ９５１１、Ｐ９９０８、ＵＶ３５００、ＵＶ３５３５、ＤＩＳＰＥＲＢＹＫ１６８及びＤＩＳＰＥＲＢＹＫ２００８など、ＢＹＫから供給できるだろう。第１のタイプの光開始剤は、Ｉｒｇａｃｕｒｅシリーズの１８４，２０２２，２１００，２５０，２７０，２９５，３６９，３７９，５００，６５１，ＴＰＯ，ＴＰＯ−Ｌ，７５４，７８４，８１９，９０７，１１７３，又は４２６５など、ＢＡＳＦから供給できるだろう。加えて、他の官能性オリゴマー及び樹脂前駆体組成物成分は、Ｅｂｅｃｒｙｌシリーズ（ＥＢ）：４０，５３，８０，８１，８３，１１０，１１４，１３０，１４０，１５０，１５２，１５４，１６８，１７０，１８０，２２０，２３０，２４２，２４６，２６４，２６５，２７０，２７１，２８４，３０３，３５０，４１１，４３６，４３８，４５０，４５２，５２４，５７１，６００，６０５，６０８，６５７，７４５，８０９，８１０，８１１，８１２，８３０，８６０，８７０，８７１，８８５，８８８，８８９，８９３，１２５８，１２９０，１２９１，１３００，１３６０，１７１０，３２００，３２０１，３４１１，３４１５，３４１８，３５００，３６００，３７００，３７０１，３７２０，４２６５，４８２７，４８３３，４８４９，４８５８，４８８３，５１２９，７１００，８１００，８２９６，８３０１，８３１１，８４０２，８４０５，８４１１，８４１２，８４１３，８４１４，８４６５，８５０１，８６０２，８７０１，８７０２，８８０４，８８０７，８８０８，及び８８１０など、Ａｌｌｎｅｘ Ｃｏｒｐ．から購入することができる。
【実施例1】
【0124】
貯蔵弾性率Ｅ’及びＥ’３０：Ｅ’９０の比制御の例付加製造プロセスの使用による高度な研磨パッドの望ましい領域における望ましい貯蔵弾性率Ｅ’及びＥ’３０：Ｅ’９０の比を有する材料の選択、配合及び／又は形成は、高度な研磨パッドによって実現される研磨結果が基板全域で均一であることを保証する際に重要な要因である。貯蔵弾性率Ｅ’は、形成された材料の固有の材料特性であり、硬化したポリマー材料内での化学結合により生じることに留意されたい。貯蔵弾性率は、動的機械分析（ＤＭＡ）技術を用いて３０℃及び９０℃などの所望の温度で測定され得る。異なる貯蔵弾性率を含む配合物の例が以下の表４に示される。
表４
【0125】
表３及び表４の項目１及び２を参照すると、他の官能性ポリマーよりも高い官能性を有する官能性ポリマーを含む配合物を形成すると、結果として、異なる温度で貯蔵弾性率Ｅ’が増加する一方で、形成された材料のＥ’３０：Ｅ９０の比を低減させることができる。官能性ポリマーを官能性１を有する種類Ｍ３から、官能性２を有する種類Ｍ１の官能性ポリマーに変化させると、配合物中で、３０℃での貯蔵弾性率Ｅ’が４００％近く増加する一方で、Ｅ’３０：Ｅ’９０の比は元の値の約８％まで低下した。同様に、表４の項目３及び４を比較すると、多官能性オリゴマーを配合物に付加することによって、異なる温度での貯蔵弾性率Ｅ’を適度に増加させることができる一方で、形成された材料のＥ’３０：Ｅ９０比を大幅に低下させることができることに留意されたい。したがって、官能性６を有する多官能性オリゴマーＯ４を配合物に付加することにより、３０℃での貯蔵弾性率Ｅ’は、１３６％だけ増加したが、Ｅ’３０：Ｅ９０比は、その元の値の約４％まで低下した。理論に縛られるつもりはないが、形成されたポリマー材料内の架橋度を増加させることにより、官能性が増加した液滴配合物に成分を付加するため、高温（例えば、９０℃）で貯蔵弾性率Ｅ’に重要な影響を及ぼし、よってＥ’３０：Ｅ’９０比にも重要な影響を及ぼすと考えられる。したがって、本開示の幾つかの実施形態では、２以上の官能基数を有する前駆体組成物は、高度な研磨パッド２００中のより硬い材料領域（例えば、第１の研磨要素２０４）を形成するために使用される配合物において使用される。同様に、高度な研磨パッド２００のより柔らかい領域は、研磨パッドのより硬い領域よりも低い官能性を有する配合物の使用によって形成され得る。したがって、本開示の幾つかの実施形態では、２以下の官能基数を有する前駆体組成物が、高度な研磨パッド２００中のより軟質の材料領域（例えば、第２の研磨要素２０６）を形成するために使用される配合物において使用される。
【実施例2】
【0126】
貯蔵弾性率Ｅ’及び回復率制御の例高度な研磨パッドに使用される材料の貯蔵弾性率Ｅ’及び回復率（％）を調節するために使用できる異なる配合物の例を以下の表５に示す。
表５
【0127】
表５の項目１及び２を参照すると、配合物中の種々の成分の量を調節することによって、より低い温度（例えば、３０℃）での貯蔵弾性率Ｅ’の増加、回復率（％）の増加及び破損時の伸び率の低下を実現することができることに留意されたい。３０℃での貯蔵弾性率Ｅ’、回復率（％）及び破損時の伸び率の特性の著しい変化は、高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有する化学成分の百分率の増加によるところが大きいと考えられる。官能性ポリマーＭ２（例えば、Ｔｇ＝５℃）などの低いガラス転移温度を有する材料は、室温でより柔らかくなる傾向があり、その一方で官能性ポリマーＭ１（例えば、Ｔｇ＝１０４℃）などの高いガラス転移温度を有する材料は、室温に近い温度でより硬くより脆くなる傾向があることに留意されたい。この実施例で、２の官能性を有する多官能性オリゴマーＯ１の百分率は僅かに減少し、また２の官能性を有する官能性ポリマーＭ１の百分率は著しく増加し、Ｅ’３０：Ｅ’９０の比は適度に変化するだけであることに留意されたい。したがって、架橋密度は、２つの材料のＥ’３０：Ｅ’９０の比のむしろ適度な変化によって支持される、表５の項目１及び２の組成物によって形成されたポリマー材料について類似するようであると考えられる。したがって、幾つかの実施形態では、より高い貯蔵弾性率Ｅ’、より大きな硬度、処理中のより大きな回復率、及び破損時のより小さな伸びを有する材料を形成するために、高いガラス転移温度を有する前駆体組成物を配合物中で増加させることができる。同様に、幾つかの実施形態では、より低い貯蔵弾性率Ｅ’、より低い硬度及び破損時のより大きな伸びを有する材料を形成するために、低いガラス転移温度を有する前駆体組成物を配合物中で増加させることができる。
【0128】
幾つかの実施形態では、４０℃以下のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する成分の量が、４０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する成分の量よりも多くなるように、低貯蔵弾性率Ｅ’の材料を形成するために使用される液滴配合物中の様々な成分を調節することが望ましい。同様に、幾つかの実施形態では、４０℃を超えるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する成分の量が、約４０℃以下のガラス転移温度（Ｔｇ）を有する成分の量よりも大きくなるように、高貯蔵弾性率Ｅ’の材料を形成するために使用される液滴配合物中の様々な成分を調節することが望ましい。
【実施例3】
【0129】
接触角制御の例表面に堆積される、図３Ｃに関連した上述の液滴の接触角を調節するために使用できる異なる配合物の例が、以下の表６に示される。上記のように、少なくとも：１）付加製造プロセス中に分配された液滴中の成分の組成、２）前に形成された層の硬化量、３）硬化デバイスからのエネルギー量、４）分配される液滴が配置される表面の組成物、及び５）液滴組成物の硬化剤（例えば、光開始剤）の量を制御することによって、分配される液滴の接触角αは、本明細書に記載の付加製造プロセスによって形成される特徴の解像度制御を改善するために制御することができる。
表６
【0130】
表６の項目１、２及び３を参照すると、配合物中の種々の成分の量を調節することによって、同一又は類似の液滴配合物で形成された表面の硬化した液滴又は「固定された」液滴の接触角を調節することに留意されたい。接触角の著しい変化は、分配された液滴の配合物中の官能性モノマー（例えば、項目Ｍ１−Ｍ２及びＭ４）及び光開始剤成分（例えば、項目Ｐ１、Ｐ２及びＡ１）の種類及び量を調節することによって実現することができる。
【0131】
液滴配合物の接触角は：１）少なくとも部分的に硬化した液滴の機械的特性を確実に実現することができる貫通又はバルク硬化光開始剤（例えば、第１の種類の光開始剤）を使用することにより、２）ＵＶ露出（例えば、第２の種類の光開始剤）を通して生成されるフリーラジカルをクエンチするための環境でＯ２の能力を低下させることにより迅速な表面硬化を可能にする、ベンゾフェノンのような第２の種類の光開始剤及びアミン共力剤を使用することにより、並びに３）分配された液滴の表面を多かれ少なかれ極性にする傾向がある表面改質剤を使用することにより改善させることができる。例えば、表面改質剤は、親水性未硬化樹脂の液滴が疎水性表面上に堆積されるときに、分配された液滴の表面エネルギーが変更できるように使用され得る。このことで、大きな接触角が生じることになり、それにより液滴が確実に表面を「湿った」状態にすることはない。表面の湿りを防止することにより、続いて堆積される液滴を垂直方向（例えば、Ｚ方向）に構築できるようになるだろう。液滴の後の液滴が互いに隣り合うよう水平に位置付けられるとき、表面の水平湿りを防止し、垂直に形成された特徴の側壁がスロッピング形状とは対照的に垂直に形成されることが望ましい。この接触角の改善は、印刷された特徴の側壁が、垂直であるか、又は互いに重ね合わせて堆積される際に段階的傾斜を有することを確実にする。研磨特徴の基板接触エリアは、各研磨プロセス中に一貫した接触エリアに維持される必要があり、及び／又はパッド研磨材料は、パッドの寿命を通して摩耗若しくはパッドコンディショニングによって除去されるため、この解像度は、高度な研磨パッドにおいて重要である。
【実施例4】
【0132】
低い貯蔵弾性率Ｅ’チューニングの例高度な研磨パッドの様々な領域における所望の低貯蔵弾性率Ｅ’及び所望のＥ’３０：Ｅ’９０比を有する材料の選択、配合及び／又は形成は、高度な研磨パッドの静的及び動的関連機械的特性が、より高い貯蔵弾性率Ｅ’の材料と組み合わせる場合に、所望の研磨結果を実現するために確実に調節できるようにする際に重要な要因であり得る。異なる貯蔵弾性率Ｅ’を含む配合物の例が以下の表７に示される。
表７
【0133】
上記実施例１に同様に記載したように、表７の項目１及び２を参照すると、２以上の官能基数を有する多官能性オリゴマー及び異なるガラス転移温度（Ｔｇ）を有する官能性ポリマーを含む配合物を形成することにより、異なる温度での貯蔵弾性率Ｅ’を調節することができ、その一方で、形成された材料のＥ’３０：Ｅ’９０比を一定に保つことができることに留意されたい。例えば、３．４の官能性を有する多官能性オリゴマーＯ５を配合物に付加することにより、３０℃での貯蔵弾性率Ｅ’を５００％近く増加させることができるのに対し、Ｅ’３０：Ｅ’９０の比はその元の値の約７５％に低下するだけである。理論に縛られるつもりはないが、形成されたポリマー材料内の架橋度を増加させると、多官能性オリゴマーＯ５成分を液滴配合物に付加するため、比較的低いガラス転移温度Ｔｇを有する官能性ポリマーと組み合わせて使用されるとき、より低い温度（例えば、３０℃）で貯蔵弾性率Ｅ’に重大な影響を及ぼすと考えられる。したがって、本開示の幾つかの実施形態では、２以上の官能基数を有する前駆体組成物は、比較的低いガラス転移温度Ｔｇを有する官能性ポリマーと組み合わせて使用され、より軟質の材料領域（例えば、第２の研磨要素２０６）を高度な研磨パッド２００中に形成する。また、本開示の幾つかの実施形態では、２つ以下の官能基数を有する前駆体組成物及び官能性オリゴマーが、より軟質の材料領域（例えば、第２の研磨要素２０６）を高度な研磨パッド２００中に形成するために使用される配合物において使用される。
【実施例5】
【0134】
高度な研磨パッド特性の例上述のように、本明細書に記載の付加製造プロセスは、高度な研磨パッドの特定のパッド領域に所望の特性を有する材料組成の特定配置を可能にし、堆積組成物の特性を組み合わせて、個々の材料の特性の平均、又は特性の「複合物」である特性を有する研磨パッドを形成することができる。１つの例では、高度な研磨パッドは、所望の温度範囲にわたって望ましい平均損失係数（ｔａｎδ）特性を有するように形成され得る。図９Ａの曲線９２１−９２３、曲線９３１−９３３及び曲線９４１は、異なるように構成された及び／又は積載された高度な研磨パッドの温度の関数として平均ｔａｎδ特性を示す。
【0135】
図９Ｂ及び図９Ｃは、図９Ａに示す損失係数対温度データを生成するために使用された高度な研磨パッドの２つの基本構成の側断面図である。図９Ａの曲線９２１−９２３に見られる損失係数対温度データは、図９Ｂに示された種類の高度な研磨パッドサンプルをＺ方向に片持ちサンプルを積載する試験フィクスチャ内で循環させるＤＭＡ技術を用いて収集された。図９Ａの曲線９３１−９３３に見られる損失係数対温度データは、図９Ｂに示された種類の高度な研磨パッドサンプルをＸ方向に（例えば、形成された層と平行に）片持ちサンプルを積載する試験フィクスチャ内で循環させるＤＭＡ技術を用いて収集された。図９Ａの曲線９４１に見られる損失係数対温度データは、図９Ｃに示された種類の高度な研磨パッドサンプルをＺ方向に片持ち試験サンプルを積載する試験フィクスチャ内で循環させるＤＭＡ技術を用いて収集された。全ての試験の間、高度な研磨パッドサンプルは、５℃／分の傾斜率で−８１℃の温度から９５℃の温度まで加熱された。
【0136】
図９Ｂは、形成された層がＸ−Ｙ平面に平行に位置合わせされ、Ｚ方向に積層されるように、本明細書に記載された付加製造プロセスを使用して形成される第１の研磨パッド材料９０１及び第２の研磨パッド材料９０２の個別の層を含む高度な研磨パッド２００の一部を示す。第１の研磨パッド材料９０１は、低いガラス転移温度（Ｔｇ）を有する低い貯蔵弾性率のウレタンアクリレート材を含み、第２の研磨パッド材料９０２は、高いガラス転移温度（Ｔｇ）を有する高い貯蔵弾性率のウレタンアクリレート材を含む。第１の研磨パッド材料９０１及び第２の研磨パッド材料９０２の層の各々は、Ｚ方向にそれぞれ厚さ９１０及び９１１を有する。
【0137】
図９Ａを再び参照すると、グラフ化されたデータは、曲線９０１Ｃ及び９０２Ｃによって示されるように、第１の研磨パッド材料９０１及び第２の研磨パッド材料９０２の分離した別個の損失係数ピークを含む。図９Ｂに示されている高度な研磨パッド構成に対して行われたＤＭＡ試験に対する損失係数データは、曲線９２１−９２３及び曲線９３１−９３３によって示されており、図９Ｃに示されている高度な研磨パッド構成に対して行われたＤＭＡ試験に対する損失係数データは、曲線９４１によって示されている。
【0138】
曲線９２１、９２２及び９２３は、試験中にＺ方向に荷重が与えられるときに、図９Ｂに示される各層の厚さ及び相対間隔を変更する効果を示す。曲線９２１は、第１の研磨パッド材料９０１から第２の研磨パッド材料９０２まで５０：５０の組成物を有し、よって層毎にＺ方向に同等の厚さ９１０及び９１１を有している、図９Ｂに示す高度な研磨パッド構造についての温度の関数としての損失係数のグラフを示す。第１のサンプルの厚さ９１０及び９１１は、両方とも約０．１６ｍｍ（０．００６インチ）であった。曲線９２２は、第１の材料９０１及び第２の材料９０２の層の厚さ９１０及び９１１が両方とも２倍の大きさであったことを除き、曲線９２１を生成するために使用されたのと同じ一般的な高度な研磨パッド構造についての温度の関数としての損失係数のグラフを示す。同様に、曲線９２３は、第１の材料９０１及び第２の材料９０２の層の厚さ９１０及び９１１が両方とも３倍の大きさであったことを除き、曲線９２１を生成するために使用されたのと同じ高度な研磨パッド構造についての温度の関数としての損失係数のグラフを示す。曲線９２１、９２２及び９２３はすべて、損失係数データにおける２つのはっきりしたピーク（例えば、ピーク９２５及び９２６）並びにピーク各々の規模の低下により見られるように、個々の材料９０１及び９０２に見られる特性の混合又は平均を示すことに留意されたい。曲線９２１，９２２及び９２３に見られる２つのピークは、第１の研磨パッド材料と第２の研磨パッド材料との間に形成された分子スケールの混合、鎖の絡み合い、及び／又は化学結合を示し得る。
【0139】
曲線９３１、９３２及び９３３は、試験中にＸ方向に荷重が与えられるときに、図９Ｂに示される各層の厚さ及び相対間隔を変更する効果を示す。曲線９３１は、第１の研磨パッド材料９０１から第２の研磨パッド材料９０２まで５０：５０の組成物を有し、よって層毎にＺ方向に同等の幅９１０及び９１１を有している、図９Ｂに示す高度な研磨パッド構造についての温度の関数としての損失係数のグラフを示す。第１のサンプルの幅９１０及び９１１は、両方とも約０．１６ｍｍ（０．００６インチ）であった。曲線９３２は、第１の材料９０１及び第２の材料９０２の層の幅９１０及び９１１が両方とも２倍の大きさであったことを除き、曲線９３１を生成するために使用されたのと同じ一般的な高度な研磨パッド構造についての温度の関数としての損失係数のグラフを示す。同様に、曲線９３３は、第１の材料９０１及び第２の材料９０２の層の幅９１０及び９１１が両方とも３倍の大きさであったことを除き、曲線９３１を生成するために使用されたのと同じ高度な研磨パッド構造についての温度の関数としての損失係数のグラフを示す。曲線９３１は、２つのはっきりしたピーク（例えば、ピーク９３５及び９３６）及び損失係数データの各ピークの大きさの低下により見られるように、個々の材料９０１及び９０２に見られる特性の混合又は平均化を示していることに留意されたい。他方で、曲線９３２及び９３３は、２つのはっきりしたピーク不足により見られるように、個々の材料９０１及び９０２に見られる特性においてわずかな混合又は平均化を示すだけである。
【0140】
図９Ｃは、第１の研磨パッド特徴９１５がベース層９１６によって支持され、Ｚ方向（例えば、図２Ａの項目２０４ａ）に位置合わせされるように、付加製造プロセスを使用してまた形成された第１の研磨パッド特徴９１５及びベース層９１６を含む高度な研磨パッド２００の一部を示す。この構成では、ベース層９１６は、第１の研磨パッド材料９０１の固定された液滴と第２の研磨パッド材料９０２の固定された液滴の５０：５０の「混合」（即ち、１：１材料組成比）を含む。第１の研磨パッド特徴９１５及びベース層９１６の厚さ各々は、それぞれ、Ｘ方向に位置合わせされた幅９１８及び９１９を有する。曲線９４１は、高度な研磨パッド２００の平均又は「複合」特性に組成物的に「混合」された研磨パッド要素を形成する効果を示す。曲線９４１は、２つのはっきりしたピーク（例えば、ピーク９４５及び９４６）及び損失係数データの各ピークの大きさの低下により見られるように、ベース層９１６に見られる個々の材料９０１及び９０２に見られる特性の混合又は平均化を示していることに留意されたい。曲線９４１に見られる２つのピークは、ベース層９１６内で第１の研磨パッド材料と第２の研磨パッド材料との間に形成された分子スケールの混合、鎖の絡み合い、及び／又は化学結合を示すことがある。
【0141】
図９Ａに見られる損失係数対温度データは、荷重方向（例えば、曲線９２１及び９４１）に対する層の構造的な間隔又は厚さが、高度な研磨パッド内での損失係数特性の平均化に劇的な効果を有する可能性があることを示している。曲線９３１、９３２及び９３３を参照すると、より硬質な材料の層とより軟質な材料の層との間の間隔が増加するにつれて、より硬質な材料の特性は、形成された層の配向（例えば、Ｘ方向）に平行である方向に荷重が加えられるとき、形成された研磨パッドの特性を支配する傾向が増すことに留意されたい。しかしながら、曲線９２１、９２２及び９２３を参照すると、より硬質な材料の層とより軟質の材料の層の間の間隔は、特徴の厚さが増加する際に測定された損失係数対温度はあまり変化しないので、荷重方向に垂直である配向に位置合わせされた研磨特徴で構成されている形成された高度な研磨パッドの特性にほとんど影響しないことに留意されたい。したがって、高度な研磨パッド内の「硬質な」層及び「軟質な」層の荷重方向及び相対的な間隔に対する構造的配向を制御することにより、パッド特性（例えば、損失係数）の一又は複数は、高度な研磨パッドの研磨処理性能をより良好に制御するために調節することができる。
【0142】
代替的パッド構造の設計図６は、本発明の１つの実施形態による研磨パッド６００の概略斜視断面図である。研磨パッド６００は、３Ｄ印刷された研磨パッドの第２の研磨要素２０６と類似する軟質の又は低貯蔵弾性率Ｅ’の材料である第２の研磨要素６０２を含む。第２の研磨要素２０６と類似して、第２の研磨要素６０２は、ポリウレタンセグメント及び脂肪族セグメントを含み得る一又は複数のエラストマポリマー組成物から形成され得る。研磨パッド６００は、第２の研磨要素６０２から延びる複数の表面特徴６０６を含む。表面特徴６０６の外面６０８は、軟質の若しくは低いＥ’材料又は軟質の若しくは低い貯蔵弾性率Ｅ’の材料組成から形成され得る。１つの実施形態では、表面特徴６０６の外面６０８は、第２の研磨要素６０２と同一の材料又は同一の材料組成から形成され得る。表面特徴６０６はまた、内部に埋め込まれた硬質の特徴６０４を含み得る。硬質の又は高い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴６０４は、表面特徴６０６より硬い材料又は材料組成から形成され得る。硬質の又は高い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴６０４は、架橋結合されたポリマー組成物及び芳香族基を含む組成物を含む、高度な研磨パッドの硬質の又は高い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴２０４の一又は複数の材料に類似した材料から形成され得る。埋め込まれた硬質の特徴６０４は、表面特徴６０６の有効な硬度を変更し、したがって、研磨について所望のターゲットパッド硬度を提供する。外面６０８の軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’のポリマー層は、欠陥を低減し、研磨されている基板上の平坦化を改善するために使用することができる。代替的には、軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’のポリマー材料が本開示の他の研磨パッドの表面に印刷され得、同一の利益が提供される。
【0143】
図７は、一又は複数の観察窓７１０を有する研磨パッド７００の概略斜視断面図である。研磨パッド７００は、パッド本体７０２を有し得る。パッド本体７０２は、一又は複数の軟質の又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の特徴７０６と、研磨用に第２の研磨要素７０６から延びる複数の第１の研磨要素７０４を含み得る。第２の研磨要素７０６及び第１の研磨要素７０４は、高度な研磨パッド２００の第２の研磨要素２０６及び第１の研磨要素２０４の材料と類似の材料から形成され得る。第１の研磨要素７０４は、本開示による任意の適したパターンで配置されてもよい。
【0144】
一又は複数の観察窓７１０は、研磨されている基板を観察できるような透明な材料又は組成物から形成され得る。観察窓７１０は、第２の研磨要素７０６又は第１の研磨要素７０４を介して、及び／又はその一部の周囲に形成され得る。幾つかの実施形態では、観察窓７１０は、実質的に透明であり、したがってＣＭＰ光終点検出システムで使用するためのレーザ光源及び／又は白色光源から放射される光を伝送することができる材料から形成され得る。光学的透明度は、終点検出システムの光学検出器によって使用される光線の波長範囲全域で、少なくとも約２５％（例えば、少なくとも約５０％、少なくとも約８０％、少なくとも約９０％、少なくとも約９５％）の光透過率を提供するのに十分高いはずである。典型的な光終点検出波長範囲は、可視スペクトル（例えば、約４００ｎｍから約８００ｎｍ）、紫外線（ＵＶ）スペクトル（例えば、約３００ｎｍから約４００ｎｍ）、及び／又は赤外線スペクトル（例えば、約８００ｎｍから約１５５０ｎｍ）を含む。１つの実施形態では、観察窓７１０は、２８０ｎｍから３９９ｎｍの間の波長で３５％超の透過率を、及び４００ｎｍから８００ｎｍの間の波長で７０％超の透過率を有する材料から形成される。幾つかの実施形態では、観察窓７１０は、研磨スラリの屈折率とほぼ同じ低屈折率を有し、空気／窓／水界面からの反射を低減し、観察窓７１０を通って基板へのかつ基板からの光の透過率を改善するために高い光学的透明性を有する材料から形成される。
【0145】
１つの実施形態では、観察窓７１０は、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）を含む、透明な印刷された材料から形成され得る。別の実施形態では、窓は、エポキシ基を含む透明なポリマー組成物を使用して形成され、組成物は、陽イオン性の硬化を使用して硬化され、更なる透明性とわずかな収縮性を提供し得る。類似の実施形態では、窓は、陽イオン性の硬化とフリーラジカル硬化の両方を受ける組成物の混合物から形成され得る。別の実施形態では、窓は、別のプロセスによって製作され得、３Ｄプロセスによって形成される研磨パッドのあらかじめ形成された開口に機械的に挿入され得る。
【0146】
図８は、バッキング層８０６を含む研磨パッド８００の概略斜視断面図である。研磨パッド６００は、第２の研磨要素８０４と、第２の研磨要素８０４から突出する複数の第１の研磨要素８０２とを含む。研磨パッド８００は、第２の研磨要素８０４に取り付けられたバッキング層８０６を除き、前述の研磨パッド２００、６００、７００の何れかと類似し得る。バッキング層８０６は、研磨パッド８００に所望の圧縮性を提供し得る。バッキング層８０６はまた、研磨パッド８００の全体的な機械特性を変え、所望の硬質を実現し、及び／又は所望の貯蔵弾性率Ｅ’及び損失弾性率Ｅ’’を有するために使用されてもよい。バッキング層８０６は、８０ショアＡスケール未満の硬度値を有し得る。１つの実施形態では、バッキング層８０６は、圧力下でセルが崩壊し、バッキング層８０６が圧縮するように、ポリウレタン又はポリシロキサン（シリコーン）のような連続気泡又は独立気泡フォームから形成され得る。別の実施形態では、バッキング層８０６は、天然ゴム、ＥＰＤＭゴム（エチレンプロピレンジエンモノマ）、ニトリル又はネオプレン（ポリクロロプレン）から形成され得る。
【0147】
１つの実施形態では、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６の材料は、研磨スラリからの攻撃に対して化学的に耐性がある。別の実施形態では、第１の研磨要素２０４及び第２の研磨要素２０６の材料は、親水性がある。研磨パッドの親水性及び疎水性は、当業者による製剤化学の賢明な選択によって調節され得る。
【0148】
本明細書に記載された研磨パッドは円形であるが、本開示による研磨粒子は、研磨中に直線的に移動するように構成された研磨ウェブのような任意の適切な形状を含み得る。
【0149】
従来の研磨パッドと比較して、本明細書に開示された高度な研磨パッドは、いくつかの製造及びコストに関連する利点を有している。例えば、伝統的な研磨パッドは、一般的に、基板を研磨するためのターゲット硬度及び／又は貯蔵弾性率Ｅ’を得るために、発泡体のような軟質又は低い貯蔵弾性率Ｅ’の材料から形成されたサブパッドによって支持される機械加工及びテクスチャ加工された研磨面を含む。しかし、様々な機械的特性を有する材料を選択し、高度な研磨パッド上に形成された異なる特徴の寸法及び配置を調整することによって、サブパッドを必要とせずに、高度な研磨パッドのパッド本体で、同じ特性を実現することができる。したがって、高度な研磨パッドは、サブパッドの必要性を排除することにより、ユーザーの所有コストを削減する。
【0150】
次世代のＩＣデバイスを研磨するために必要となるだろう研磨パッド設計の複雑さが増大することにより、これらの研磨パッドの製造も大幅に複雑になる。これらの複雑なパッド設計の幾つかの態様を製造するために用いられ得る、非付加製造型プロセス及び／又は減法的プロセスがある。これらのプロセスは、単一の個別材料から材料層を形成するためのマルチ材料射出成形及び／又は続くステップＵＶ鋳造を含み得る。次いで、典型的には、これらの形成ステップの後に、ミリング、研削又はレーザーアブレーション工程又は他の減法的技術を用いた機械加工及び後処理が続く。
【0151】
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、本開示の他の及び更なる実施形態を考案することができ、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。