(57)【要約】      （修正有）【課題】ＣＭＰ研磨に最適な研磨パッドを提供すること。【解決手段】  テクスチャ付き表面特徴づけシステム１００は、物品１０８のテクスチャ付き表面１０４と接触して、その表面を特徴づけする特徴づけ装置１１０を含む。特徴づけシステムは、テクスチャ付き表面が特徴づけ装置と接触したときテクスチャ付き表面上に流体１２８を流すための流体送出しシステム２０４を含む。特徴づけ装置の圧力計測構造１４４、１６０が、流体がテクスチャ付き表面上を流れるときの流体に関する圧力データを提供する。この圧力データを使用してテクスチャ付き表面を特徴づける。【選択図】    なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の凹凸を有するテクスチャ付き表面を特徴づけする方法であって、
ａ）境界表面及びテクスチャ付き表面を互いに対面する関係に動かして、前記テクスチャ付き表面の凹凸の少なくともいくつかが前記境界表面と接触して流動領域を画定するようにするステップと、
ｂ）前記流動領域内に流体を流して前記流動領域内の前記流体に圧力を発生させるステップと、
ｃ）前記流動領域中の複数の場所で前記流体の圧力を計測して圧力データを得るステップと
を含む方法。
【請求項２】
前記圧力データの少なくともいくつかを使用して多孔質媒体流体の流動方程式を解いて、前記テクスチャ付き表面を特徴づけする物理的量を決定するステップをさらに含む、請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記テクスチャ付き表面がＣＭＰ研磨パッドの作用面である、請求項１記載の方法。
【請求項４】
複数の凹凸を有するテクスチャ付き表面を特徴づけするための装置であって、
ａ）ある区域を有し、その区域中に分布した複数の圧力計測構造を含み、前記テクスチャ付き表面と対面して前記複数の凹凸の間に流動領域を画定するように適合された境界表面と、
ｂ）前記境界表面が前記テクスチャ付き表面と対面したとき前記流動領域と流動的に連絡して前記流動領域に流体を供給して、前記流体が流動領域内で加圧されるようにする流体送出しシステムと、
ｃ）前記複数の圧力計測構造それぞれ１個と動作的に接続し、前記複数の圧力計測構造それぞれ１個に隣接するところで前記流動領域内の圧力を計測するように適合された圧力計測システムと
を含む装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、種々の物品、たとえば研磨パッド、特にケミカルメカニカルプラナリゼーション（ＣＭＰ）に使用される研磨パッドのテクスチャ付き表面を、そのような物品の製造品質管理及び開発のような目的のために評価及び／又は特徴づけするのに有用である、テクスチャ付き表面を特徴づけするためのシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＣＭＰ研磨は、とりわけ集積回路ウェーハ及び磁気記憶ディスク上に平坦面を形成するために半導体及び他の産業で現在実施されている加工である。一般に、ＣＭＰは、平坦化されるウェーハ、メモリディスク又は他の加工物とＣＭＰ研磨パッドとの間に研磨スラリー又は流体を流す、又は他の方法で配置し、パッド及び加工物をいっしょに偏らせながらパッド及び加工物を互いに対して動かすことを含む。ＣＭＰ研磨パッドは一般に、テクスチャ付きの表面を有し、この表面が、テクスチャ付き表面の山と谷が加工物の表面と接触したとき形成れる空隙のネットワーク中をスラリーが動くことを可能にする。種々の研磨シナリオに適合させた種々の表面形状を有するＣＭＰ研磨パッドのテクスチャ付き表面が当該技術で公知である。
【０００３】
表面流動抵抗は、研磨中にパッドと加工物との間の空隙中の研磨スラリーの流動パターンに影響を与えるＣＭＰ研磨パッドの重要な特徴である。液体流動パターンは、加工物表面への新鮮なスラリーの送り出し、表面からの研磨屑の除去ならびに化学反応及び機械的磨耗からの熱の伝達に影響する。空隙中の正確な流動パターンを予測することができるならば、ＣＭＰ性能のより正確な最適化ならびにＣＭＰ研磨パッド及びスラリーのより効果的な設計が可能になるであろう。しかし、パッドと加工物との間の空間は従来の計測装置にとってアクセス不可能であるため、ＣＭＰ研磨パッドの表面流動抵抗は、ＣＭＰマシン上で動的に計測することは不可能である。加えて、ＣＭＰは一般に、一般的に収集されるＣＭＰデータから流体流動パターンの影響を切り離すことを事実上不可能にする、ＣＭＰの軌道運動のせいである、多様な方法で重複しかつ併発する物理的現象を含む。
【０００４】
今日までのＣＭＰの研究及びモデル化は、粗さパラメータ又は「凹凸」とも知られる表面ピークの分布の点からＣＭＰパッドを記述するベアリング理論から適合させた流体流動処理を応用している。これらの従来の手法は一般に、三つの欠点−（１）パッド表面記述子が計測可能な物理的量と容易には相関しないこと、（２）ＣＭＰ中にパッド−ウェーハ間隙中で支配的である圧縮、剪断及び湿潤の条件下でパッド表面記述子がどのように変化するのかが不明であること、及び（３）流体運動記述が簡略化され過ぎて、対象となる実際のフィーチャ、たとえば溝又は孔をモデル化することが困難であること−を抱えている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、少なくとも三つの方法で従来のＣＭＰ特徴づけ手法とは異なる。第一に、本発明は、典型的なＣＭＰ加工の他の物理的現象から流体流動を切り離す洞察的方法を提供する。第二に、本発明は、圧縮、剪断及び湿潤の種々の条件下でのＣＭＰ研磨パッドのテクスチャ付き表面の挙動の決定を可能にする。第三に、本発明は、「多孔質媒体流動」の流体力学的概念を、パッドがウェーハに押し当てられたときパッドのテクスチャ付き表面とウェーハとの間の空間中に形成される流動領域に応用する。これらの違いにより、本発明は、とりわけ、ＣＭＰパッドの作用面の新規で融通性のある記述子及び速やかで費用効果的な試験を使用してこれらの記述子を決定する方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第一の態様で、本発明は、複数の凹凸を有するテクスチャ付き表面を特徴づけする方法であって、ａ）境界表面及びテクスチャ付き表面を互いに対面する関係に動かして、テクスチャ付き表面の凹凸の少なくともいくつかが境界表面と接触して流動領域を画定するようにするステップと、ｂ）流動領域内に流体を流して流動領域内の流体に圧力を発生させるステップと、ｃ）流動領域中の複数の場所で流体の圧力を計測して圧力データを得るステップとを含む方法に関する。第二の態様で、本発明は、複数の凹凸を有するテクスチャ付き表面を特徴づけするための装置であって、ａ）ある区域を有し、その区域中に分布した複数の圧力計測構造を含み、テクスチャ付き表面と対面して複数の凹凸の間に流動領域を画定するように適合された境界表面と、ｂ）境界表面がテクスチャ付き表面と対面したとき流動領域と流動的に連絡して流動領域に流体を供給して、流体が流動領域内で加圧されるようにする流体送出しシステムと、ｃ）複数の圧力計測構造それぞれ１個と動作的に接続し、複数の圧力計測構造それぞれ１個に隣接するところで流動領域内の圧力を計測するように適合された圧力計測システムとを含む装置に関する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
図面を参照すると、図１は、符号１００によって示す、本発明のテクスチャ付き表面特徴づけシステムを示す。特徴づけシステム１００は、たとえばテクスチャ付き表面の種々の様相を評価するために、物品１０８のテクスチャ付き表面１０４を特徴づけするために使用することができる。
【０００８】
特徴づけシステム１００は、物品１０８の通常の使用の間に境界表面（図示せず）と対面するように設計されているテクスチャ付き表面１０４を特徴づけするのに特に有用である。先に論じたように、物品の正しい機能に重要であるこのようなテクスチャ付き表面を有する物品１０８は、研磨パッド、特にＣＭＰに使用される研磨パッドである。テクスチャ付き表面、すなわちＣＭＰ研磨パッドの作用面の品質及び特性は、とりわけ、その研磨パッドを使用して平坦化される表面（図示せず）の品質、パッドの研磨効率、パッドの寿命及びパッドの作動パラメータに関連するため、重要である。したがって、ＣＭＰ研磨パッドは、特徴づけシステム１００を使用する特徴づけに適した物品１０８の第一の例である。特徴づけシステム１００は、たとえば、物品１０８が連続生産の一部である場合、テクスチャ付き表面１０４の品質を評価するための品質管理ツールとして使用することもできるし、あるいはまた、テクスチャ付き表面を設計する、テクスチャ付き表面の製造方法を設計する及び／又はテクスチャ付き表面を製造する装置を設計するための開発ツールとして使用することもできる。
【０００９】
図１及び２を参照すると、テクスチャ付き表面１０４の特徴づけは一般に、物品１０８を特徴づけシステム１００の特徴づけ装置１１０と係合させ、テクスチャ付き表面１０４が境界表面１１２と接触して境界表面とテクスチャ付き表面との間に実質的に画定された空間１１６を形成するように物品を動かすことを含む。境界空間１１６は、凹凸１２０（一般には、テクスチャ付き表面１０４の比較的高い山部）が境界表面１１２と接触し、低めの山及び谷を境界表面から離間させる結果としてできる。境界空間１１６は、流体１２８が境界表面１１２に対して実質的に平行に流れ、物品１０８の周縁１３２で境界空間１１６から出ることができる（すなわち大域的流動）一つ以上の流動領域１２４と、流体流があるとしても本質的に非流動領域に局所的にとどまる（局所的流動）一つ以上の非流動領域１３６、通常は比較的深い谷部とを含む。
【００１０】
流動領域１２４中の流体１２８の流動は、境界表面１１２及びテクスチャ付き表面１０４によって画定される多くの相互接続通路の中で発生する。したがって、この流動は、多孔質媒体流として特徴づけし、多孔質媒体流に関して十分に確立された理論的流体力学を使用して解析することができる。図３及び場合によっては図２を参照すると、図３は、円形の物品１０８の試験を示す。流体１２８が、物品の中央に位置する入口１４０から境界空間１１６に導入されて、流動領域１２４中の流体の流動が物品１０８に対して実質的に放射状になっている。この放射状流動形態の利点は、流体１２８の放射状流が、流体を閉じ込めるために使用される平行な上下の境界における流動条件だけを考慮すればよく、上下を接続するさらなる境界における流動条件を考慮しなくてもよいということである。たとえば、流動領域１２４が長方形であり、対辺で境界となって流動領域の一端から他端まで実質的に線形の流動を誘発するならば、流動方程式は、境界となっている画定された辺における境界条件によって複雑化するであろう。しかし、そうは言っても、得られる流動方程式が本明細書で記載する放射状流動方程式よりも複雑であるかどうかにかかわらず、この線形流動形式及び他の非放射状流動方式は本発明の範囲に入る。
【００１１】
図３の放射状流動モデルでは、流体１２８は、圧力ｐiで入口１４０から境界空間１１６に導入される。流体１２８が境界空間１１６内の流動領域１２４を入口１４０から物品１０８の周縁１３２まで流れるとき、とりわけ、流体が境界表面１１２（図２）及びテクスチャ付き表面１０４を横切り、凹凸１２０の周りを物品１０８に対して実質的に放射状の方向に大域的に流れるときの摩擦及び運動量損失の結果として、流体の圧力ｐが低下する。上述したように、これらの損失は、多孔質媒体流動理論を使用して特徴づけすることができる。したがって、半径ｒ0での初期圧力ｐ0から順に大きくなる半径ｒでの圧力ｐ（ｒ）までの圧力低下Δｐは、次のように概算することができる。
【００１２】
【数１】
2005131781.tif 000002
【００１３】
ただし、ｗは質量流れ速度であり、
αは既知の定数であり、
βは既知の定数であり、
εは流動領域１２４の流動空隙率であり、
μは流体１２８の粘度であり、
ρは流体の密度であり、
ｇは重力定数であり、
Ｈは、境界表面１１２とテクスチャ付き表面１０４との間の有効通路高であり、
ＤEは、平均凹凸間隔と同じ程度の大きさである、流動領域内の特性長である。
【００１４】
見てとれるように、前記方程式における未知数は、圧力低下Δｐ、流動空隙率ε及び流動領域１２４の特性長ＤEである。後者二つの未知数は、テクスチャ付き表面の記述にこれまで利用されてこなかったにもかかわらず、たとえば表面が設計されている目的の機能を達成するために望ましい表面の属性の点でこれらの表面を特徴づけするのに役立てることができるテクスチャ付き表面１０４の性質である。図２を参照すると、一般に、流動空隙率εは、流動領域１２４内のアクセス可能な流動容積を特徴づけし、特性長ＤEは、テクスチャ付き表面１０４の凹凸１２０の間の平均間隔を特徴づけし、流動領域内の流体１２８のための通路の有効幅に関連する。ＣＭＰで使用されるものを含む研磨パッドに関連して、これらの属性は、テクスチャ付き表面１０４が、スラリーをパッドと半導体ウェーハ又はメモリディスクとの間の領域中に均一に分布させ、スラリーをパッドの周縁に誘導し、ウェーハ／ディスクに直接対面するパッドのすべての部分で実質的に均一な流体圧を発生させる能力を含む。一部の研磨パッドは、これらのパッドの部分がウェーハ／ディスクに直接対面することを防ぐ溝又は他の構造を含む。このようなパッドの場合、流動空隙率及び特性長はまた、パッドの溝付き領域及び溝なし領域に運ばれるスラリーの相対量を制御する。
【００１５】
再び図３を参照すると、ｒ0から離間した種々の半径ｒにおける圧力低下Δｐは、入口１４０から物品１０８の周縁１３２までの流体の流路沿いの種々の場所で流体１２８の圧力を計測することによって実験的に測定することができる。図４は、図３で特定した別々の半径位置（ｒ）で計測した流体圧力ｐ（ｒ）のグラフ１４２を示す。これら及び他の圧力の計測を以下さらに詳細に説明する。これらの計測される圧力を使用して、種々の質量流れ速度ｗ、流体の性質ρ及びμならびに空隙高さＨで計測された圧力の半径方向プロフィールの計算上の流体力学的マッチングを使用して、流動空隙率ε及び特性長ＤEを測定することができる。
【００１６】
圧力低下Δｐを測定するために必要な種々の圧力ｐ（ｒ）は、本発明の特徴づけシステム１００（図１）を使用して計測することができる。これに関連して、特徴づけ装置１１０は、上記で論じた放射状流を使用して円形の物品１０８を試験するように構成されていることができる。たとえば、図１及び５、場合によっては図２を参照すると、特徴づけ装置１１０の境界表面１１２は、境界空間１１６中の流体１２８の圧力を境界空間中の異なる場所で計測するための、圧力計測構造１４４、たとえば圧力センサ（図示せず）又は圧力センサと流動的に連絡する圧力タップの列を含むことができる。圧力センサは、いかなる適切なタイプであってもよく、たとえば機械的又は圧電装置であってもよい。図６は、各圧力計測構造１４４が、境界表面１１２に隣接する端部にくびれ部１５２を有する円筒形通路１４８を含む圧力タップである実施態様を示す。研磨パッド又はそのサンプルを特徴づけするのに適した実施態様では、くびれ部１５２の直径は約０．８mm（０．３１インチ）である。当然、圧力タップは、特定の設計に合うように構成及び他の方法で寸法決定することができる。
【００１７】
再び図１及び５、場合によっては図２を参照すると、流動領域１２４内に流体１２８の放射状流を誘発するため、境界表面１１２は、流体１２８をその幾何学的中心から境界空間１１６に供給するための、境界表面に対して中央に位置する入口１５６を含むことができる。流体が境界空間１１６中にあるとき流体１２８の流動は実質的に放射状であるため、一般に、圧力計測構造１４４の少なくとも一部を入口１５６に対して放射状に配設することが非常に好都合である。図５に示す実施態様では、圧力計測構造１４４は、主に、隣接する放射線どうしが１５°離間している放射状の線Ｌ1〜Ｌ12に沿って位置している。これらの放射状の線Ｌ1〜Ｌ12それぞれに沿って位置する圧力計測構造１４４は、半径ｒ0〜ｒ9のところに位置している。図示する実施態様では、境界表面１１２の直径は約２００mm（８インチ）であり、半径ｒ0〜ｒ9は約１０mm（０．４インチ）の規則的な間隔を有している。
【００１８】
さらなる圧力計測構造１６０が、半径ｒ4及びｒ9のところで、これらの半径に位置する隣接する圧力計測構造１１４の中間に位置している。さらなる圧力計測構造１６０は、固定半径の円に沿ったところで境界空間１１６中の流体１２８の流動挙動のより完全な特徴づけのためにさらなるデータを収集することを可能にするために設けられている。ここでもまた、図５に示す圧力計測構造１４４、１６０の配設は例示的である。長方形配設をはじめとして他にも多くの構造１４４、１６０の配設が可能であるが、替りの配設によって理論的流動計算が複雑になるかもしれない。
【００１９】
場合によっては、境界表面１１２は、境界表面上の異なる場所で流体１２８の温度を計測するための、温度計測構造１６４、たとえば熱電対の列を含むことができる。温度計測構造１６４を使用して得られた温度データを使用して、たとえば、特に、流体１２８が入口１５６から物品１０８の周縁１３２まで流れるときに比較的大きな温度変化が生じると予測される場合に計算上の流体力学的解析の結果の精度を高めるために流体の性質ρ及びμを調節することができる。研磨パッド、特にＣＭＰに使用されるものの特徴づけの際、流動領域１２４中の流体１２８の流路全体に沿って起こる温度の変化が流体の性質に対して無視しうる程度の影響しか与えず、したがって、（考慮することはできるが）計算で考慮する必要がないということが通常は当てはまる。流体１２８の流路全体に沿って起こる温度変化が有意である場合、流体密度及び流体粘度が温度変化に関して修正されるならば、それは、多孔質媒体流動方程式の精度を改善するであろう。圧力計測構造１４４、１６０と同様に、温度計測構造１６４は、入口１５６に対して実質的に放射状のパターンで配設することができるが、そうする必要はない。図６は、断熱材１７２によって包囲された熱電対１６８を含むものとして温度計測構造１６４の一つを示す。熱電対１６８及び断熱材１７２は、境界空間１１６内での流体１２８の流動に影響しないよう、いずれも境界表面１１２と同じ高さにすることができる。当然、他のタイプ及び配設の温度計測構造１６４を使用してもよい。
【００２０】
図１及び２を参照すると、上述したように、物品１０８の特徴づけは通常、テクスチャ付き表面１０４を境界表面１１２と接触させ、物品と境界表面との間に一定の圧力を加えた状態で実施される。特徴づけの間、物品１０８は、境界表面１１２に対して実質的に固定された状態に保持されるべきである。境界表面１１２に対する物品１０８の正しい配置を容易にするため及び／又は物品と境界表面との間に加えられる圧力を正確に制御するため、特徴づけ装置１１０は、物品を支持したり、物品を境界表面と接触させ、分離させたり、及び／又は物品と境界表面との間に異なる接触圧を発生させたりするための可動プラテン１８０を有する位置決め装置１７６、たとえばエレベータを含むことができる。装置１７６は、いかなるタイプのアクチュエータを含んでもよく、たとえば、とりわけ、特徴づけされる物品１０８のタイプに適切な力及び／又は位置制御を提供する液圧式、歯車式、スクリュー式又は空気式のアクチュエータを含んでもよい。プラテン１８０は、物品１０８のために強固な支持を提供するべきである。したがって、プラテン１８０は、適切な剛性材料、たとえばステンレス鋼でできていることができる。当然、プラテン１８０は、望むならば別の材料でできていてもよい。プラテン１８０が、境界表面１１２に対して平行にとどまりながらも自由に回転し、そのような回転を提供するための動力及び必要な機械的連結を含むということが本発明の範囲に含まれる。後者は、位置決め装置１７６の境界内の内部駆動システム又はプラテン１８０に対して外部に取り付けられたリム駆動システムの形態をとることができる。
【００２１】
境界表面１１２はまた、物品１０８及び流体１２８によって加えられる圧力に付された場合に実質的に非降伏性であるべきである。したがって、境界表面１１２は、比較的剛性のストッパ１８８の境界領域１８４によって画定することができる。図示する実施態様では、ストッパ１８８は、比較的厚いステンレス鋼スラブから機械加工されて、境界表面１１２に非降伏性を提供する。加えて、境界表面１１２は、意図しない方法又はマイナスの方法で特徴づけ工程に影響しないよう、実質的に平滑であるべきである。一般に、境界表面１１２が、特徴づけされる物品の変化（すなわちテクスチャ）の高さの１％を超える高さを有する表面変化を有しないことが好ましい。したがって、ストッパ１８８は一般に、その境界表面１１２が高度に研磨されている。プラテン１８０と同様、望むならば、先に述べたステンレス鋼に代えて他の材料を用いてもよい。そのうえ、当業者は、ストッパ１８８が比較的厚い一体構造でなくてもよく、他の方法で、たとえば薄い板及び適切な補強から構成されてもよいということを認識するであろう。特徴づけ装置１１０は、位置決め装置１７６を支持する比較的剛性のベース１９２と、ストッパ１８８をベースに固く接続する１個以上のタイ１９６とを含むことができる。ベース１９２は、ワークベンチ２００又は他の適切な構造に載せてもよいし、そのような構造の一部であってもよい。
【００２２】
図１ならびに図２及び３を参照すると、特徴づけ装置１１０の機能性を支持するためにいくつかのシステムを設けることができる。これらの項目は、とりわけ、流体送出しシステム２０４、圧力感知システム２０８、温度感知システム２１２、位置決め装置制御システム２１６及び他のシステムからのデータを制御し、モニタリングし、収集するための１個以上のシステム（図示せず）を含むことができる。システム２０４、２０８、２１２、２１６からのデータを制御し、モニタリングし、収集するためのシステムは、コンピュータ２２０、たとえば汎用コンピュータ、たとえばパーソナルコンピュータ又は特徴づけシステム１００のために特別に構成されたコンピュータで具現化することができる。
【００２３】
テクスチャ付き表面１０４の特徴づけは、適切な流体１２８、たとえば液体又は気体を使用して実施することができる。したがって、流体送出しシステム２０４は、流体１２８を、加圧下、特徴づけされる物品１０８の具体的なタイプ及び特徴づけ装置１１０の構造に望まれる流量で、境界空間１１６に送り出すためのいかなるタイプのシステムであってもよい。流体１２８が空気である特徴づけのためのいくつかの典型的な圧力を、ＣＭＰ研磨パッドのサンプルをはじめとする種々のサンプルに対して実施される特徴づけに関して以下に論じる。これらのサンプルの場合の流量は一般に、毎分０．１〜１００標準リットルのオーダであった。当業者は、適切な流体送出しシステム２０４を設計し、具現化する方法を容易に理解しているため、本明細書で詳細な説明は必要ないであろう。流体送出しシステム２０４は、流体制御システムが使用するアクチュエータ及び変換器（図示せず）のタイプに依存してＡ／Ｄ（アナログ・デジタル）、Ｄ／Ａ（デジタル・アナログ）及び他の信号変換器又は他のインタフェースを含むことができる１個以上の適切な通信リンク２２４、たとえば１個の２ウェイリンク又は２個の１ウェイリンクを介してコンピュータ２２０と電気的に通信することができる。
【００２４】
圧力感知システム２０８は、それぞれが圧力タップ、すなわち圧力計測構造１４４、１６０の対応する１個と流動的に連絡して、そのタップにおける流体１２８の圧力を計測するための複数の圧力センサ／変換器（複数をボックス２２８によって表す）を含むことができる。あるいはまた、上述したように、各圧力センサ／変換器が１個の圧力計測構造１４４、１６０そのものであってもよい。各圧力センサ／変換器は、使用される圧力センサ／変換器のタイプに依存してＡ／Ｄ変換器、他の信号変換器又は他のインタフェース（図示せず）を含むことができる適切な通信リンク２３２を介してコンピュータ２２０と電気的に通信することができる。
【００２５】
温度計測構造１６４が設けられるならば、温度感知システム２１２も同様に、それぞれがその温度計測構造における流体１２８の温度を計測するための複数の温度計測構造、たとえば熱電対を含むことができる。各熱電対は、使用される熱電対のタイプに依存してＡ／Ｄ変換器、他の信号変換器又は他のインタフェース（図示せず）を含むことができる適切な通信リンク２３６を介してコンピュータ２２０と電気的に通信することができる。
【００２６】
位置決め装置制御システム２１６は位置決め装置１７６の動作を制御する。制御システム２１６及び位置決め装置１７６は、境界表面１１２に対するテクスチャ付き表面１０４の位置及びテクスチャ付き表面と境界表面との間に加えられる圧力に基づいてプラテン１８０の動きを制御するように動作的に構成されていてもよい。したがって、流体送出しシステム２０４と同じく、位置決め装置制御システム２１６は、使用されるアクチュエータ及び変換器（図示せず）位置決め装置１７６のタイプに依存してＡ／Ｄ、Ｄ／Ａ及び他の信号変換器又は他のインタフェース（図示せず）を含むことができる１個以上の適切な通信リンク２４０、たとえば１個の２ウェイリンク又は２個の１ウェイリンクを介してコンピュータ２２０と電気的に通信することができる。
【００２７】
集中制御方式を有するものとして特徴づけシステム１００を説明してきたが、当業者は、特徴づけ装置１１０を動作可能にするために必要な種々のシステムを分散制御方式によって制御してもよいということを理解するであろう。加えて、ある特定の構造を有するものとして特徴づけ装置１１０を記載したが、当業者は、それが異なるふうに構成されていてもよいことを理解するであろう。たとえば、境界表面１１２は、概ね平坦なテクスチャ付き表面１０４を有する物品１０８のために構成されているものとして示されている。しかし、境界表面１１２は、別の輪郭、たとえばドーム形もしくは円錐形又は全体的に非対称な形状を有するテクスチャ付き表面１０４に合わせて構成されていてもよい。同様に、プラテン１８０もまた、必要に応じて物品１８０の特定の形状に合うための輪郭を有していてもよい。数多くの他の変更が、とりわけプラテンが固定され、ストッパが可動性になるようにストッパ１８８の場所とプラテン１８０の場所とを交換することをはじめとして、可能である。
【実施例】
【００２８】
例１
図７Ａならびに図１及び２を参照すると、図７Ａは、テクスチャ付き表面が図１の特徴づけ装置１１０の境界表面１１２と接触したとき非常に規則的な流動領域１２４を物品に提供する非常に規則的なテクスチャを有する物品１０８のテクスチャ付き表面１０４を示す。テクスチャ付き表面１０４は、特徴づけシステム１００を使用して特徴づけされたとき、非常に規則的なテクスチャのおかげで実質的に放射状に均一で軸対称な流体圧力低下プロフィールを示すはずである「理想的な（すなわち均質な）」表面の一例である。テクスチャ付き表面１０４は、取付け面２４４及び取付け面の上に一体に形成された複数の構造２４８（凹凸）を含む。各構造２４８は一般に、約７５ミクロンの半径及び取付け面２４４から約５０ミクロンの高さを有する円筒形のメサである。複数の構造２４８が規則的な列に配設されている。（このような材料は、３Ｍ社（米ミネソタ州St. Paul）によって商品名SlurryFree（商標）Fixed Abrasiveとして市販されている。）構造２４８が円形の境界表面１１２と接触すると、流動領域１２４は、境界表面１１２と取付け面２４４との間の高さ及び構造２４８間の幅に広がり、入口１５６に始端する放射状の線、たとえば放射状の線Ｌ1〜Ｌ12（図５）に沿って、かつ流体入口と同心的である半径ｒ0〜ｒ9のところで均一である。
【００２９】
図７Ｂならびに図２及び５を参照すると、図７Ｂは、流体を４psigの圧力で境界空間に注入した場合の、図７Ａの物品１０８と境界表面１１２との間の境界空間１１６中に存在する流体１２８、この場合は空気の、放射状の線Ｌ1〜Ｌ12（図５）に沿う半径方向圧力プロフィールpLn（ｎ＝１〜１２）を示す。容易に見てとれるように、半径方向圧力プロフィールpLnは互いにほぼ同じである。同様に、図７Ｃに示すように、半径ｒ0〜ｒ9それぞれのところでの角圧力低下プロフィールΔprn（ｎ＝０〜９）もまた、特に流体１２８が入口１５６に隣接するところで受ける方向の変化のせいで、また、おそらくは、構造２４８のうち、流体入口に隣接する、入口に対して対称に位置しないいくつかのせいで局所的に乱されるｒ0におけるいくつかの不規則を除き、比較的均一である。しかし総じて、図７Ｂ及び７Ｃそれぞれの圧力プロフィール及び圧力低下プロフィールpLn、Δprnは、「理想的な」テクスチャ付き表面を有する物品１０８に関して予想されるとおり、非常に均一である。
【００３０】
例２
図８Ａ及び８Ｂはそれぞれ、物品１０８（図１）が多孔質ポリウレタン研磨パッドのサンプルである場合の半径方向圧力プロフィールpLn′（ｎ＝１〜１２）及び角圧力低下プロフィールΔprn′（ｎ＝０〜９）を示す。一般に、研磨パッドはポリウレタン製であり、ランダムなサイズ及び間隔の凹凸からなるテクスチャ付き表面１０４を含む。このサンプルは、放射状の線Ｌ1〜Ｌ12（図５）に沿って、かつ半径ｒ0〜ｒ9に関して均一なテクスチャを有するが、境界表面１１２（図５）の区域では不均一な厚さを有する。プラテン１８０（図１）の上面は、ストッパ１８８に対するプラテン及び位置決め装置１７６の剛性によって境界表面１１２に対して平行に保持されるが、この不均一な厚さが、厚めの領域の凹凸１２０（図２）を薄めの領域の凹凸よりも多く圧縮させ、それによって変形させる。したがって、サンプルが圧縮されていないときの凹凸１２０（図２）間の空間はサンプル全体でほぼ均一であるが、凹凸のいくつかが他のものよりも圧縮される場合、これらの空間が不均一になり、より大きな圧縮の領域の流動領域１２４がより少ない圧縮の領域の流動領域よりも流動狭窄性になる結果をもたらす。
【００３１】
予想できるように、より大きな圧縮の領域の狭窄流は流体１２８中により大きな圧力低下を生じさせる。これは、図８Ｂでは、圧力低下が比較的大きいサンプルの中央領域、特に半径ｒ0、ｒ1及びｒ2（図５）で容易に見られる。対応する角圧力低下プロフィールΔpr0′、Δpr1′及びΔpr2′における圧力低下の大きさは、例２で使用した同じ流体及び入口圧力から生じた図７Ａの「理想的な」物品１０８の図７Ｃの角圧力低下プロフィールΔprnと比較した場合、特に認めることができる。一般に、図８Ａの圧力低下プロフィールΔprn′は、試験サンプルがその周縁領域よりも中央領域でより厚いことを示す。加えて、圧力低下Δpr0′−Δpr9′の比較的高い同心性により、四分円Ｑ3及びＱ4でいくらかの歪みはあるが、サンプルのより厚い領域が一般に境界表面１１２（図５）と同心的であるということが見てとれる。
【産業上の利用可能性】
【００３２】
例１及び２で示した半径方向圧力プロフィールを多孔質媒体中の流動に関する方程式とともに使用すると、考察されるテクスチャ付き表面を非常に良好に記述する空隙率及び特性長を決定することができる。本発明の方法を異なる圧縮度で実施すると、加えられた負荷の下で空隙率及び特性長の物性がどのように変化するかを確立することができ、逆にそれを使用して、加工物に加わる下向きの力がポイントごとに異なる研磨加工、特にＣＭＰ加工において流体流動分布を評価することができる。さらには、本発明の方法は、プラテンを境界表面に対して平行に維持しながら境界表面に対してプラテンを異なる程度に回転させて実施すると、剪断条件下で空隙率及び特性長の物性がどのように変化するかを確立することができ、逆にそれを使用して、研磨パッドと加工物との間の相対速度がポイントごとに異なる研磨加工、特にＣＭＰ加工において流体流動分布を評価することができる。
【００３３】
本発明の方法は、多数の層からなるテクスチャ付き表面、特に、加工物への形状適合性を高めるサブパッドに取り付けられた研磨パッドに適用することができる。本発明の方法はまた、大きな溝、孔又は空隙を含むテクスチャ付き表面、特に表面上での流体の流動を可能にする１個以上の溝を有する研磨パッドに適用することができる。
【００３４】
本発明の方法によって得られる空隙率及び特性長を、サブパッド及び／又は溝を有するパッドと、サブパッド及び／又は溝を有しないパッドとの間で比較すると、加工物へのパッド表面の形状適合性に対するサブパッド及び／又は溝の影響を確立することができ、逆にそれを使用して、加工物の表面形状がポイントごとに異なる研磨加工、特にＣＭＰ加工において流体流動分布を評価することができる。
【００３５】
本発明の方法は、異なる程度のコンディショニング又は粗化に付されたテクスチャ付き表面、特に均一に粗化された表面を形成するためにダイヤモンドコンディショナでコンディショニングされた研磨パッドに適用することができる。本発明の方法によって得られる空隙率及び特性長を、穏やかなコンディショニング（短いコンディショニング時間及び／又は低いコンディショニング力）に付された研磨パッドと、厳しいコンディショニング（長いコンディショニング時間及び／又は高いコンディショニング力）に付された研磨パッドとの間で比較すると、研磨加工、特にＣＭＰ加工における流体流動分布に対するコンディショニングの影響を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明のテクスチャ付き表面特徴づけシステム及び装置の高レベル部分概略図／部分立面図である。
【図２】物品が境界表面と接触する位置に配されたとき図１の境界の境界表面と物品のテクスチャ付き表面との間に形成する境界空間を示す拡大断面図である。
【図３】図１の装置でテクスチャ付き試験片を試験する際の放射状流体流及び圧力計測構造の放射状配設を示す概略図である。
【図４】流動領域の中の流体の実測圧力及び計算圧力と半径との関係のグラフである。
【図５】図１の５−５線から見た、境界表面を示すテクスチャ付き表面特徴づけ装置の断面図である。
【図６】図５の６−６線から見たテクスチャ付き表面特徴づけ装置の頂部の断面図である。
【図７Ａ】図７Ｂ及び７Ｃのグラフを作成するために使用される「理想的な」テクスチャ付きサンプルの斜視図である。
【図７Ｂ】図７Ａの理想的なテクスチャ付きサンプルに関する流体流動領域中の流体の放射状の線Ｌ1〜Ｌ12沿いの半径方向圧力プロフィールのグラフである。
【図７Ｃ】図７Ａの理想的なテクスチャ付きサンプルに関する半径ｒ0〜ｒ9での角圧力低下プロフィールのグラフである。
【図８Ａ】厚さの変化を有するテクスチャ付きサンプルに関する流体流動領域中の流体の放射状の線Ｌ1〜Ｌ12沿いの半径方向圧力プロフィールのグラフである。
【図８Ｂ】同じサンプルに関する半径ｒ0〜ｒ9での角圧力低下プロフィールのグラフである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図８Ａ】
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【図８Ｂ】
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【外国語明細書】
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