JP2018533487A - 付加製造プロセスを用いて高機能研磨パッドを形成する方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
Description
研磨パッド装置及び研磨方法
高機能研磨パッド
(表1)
高機能研磨パッドの構成の実施例
付加製造装置及びプロセスの実施例
ここで、AC=C及びAC=Oは、FT−IR分光法を用いて得られた、910cm−1におけるC=Cピークの値、及び1700cm−1におけるC=Oピークの値である。重合中、アクリレート中のC=C結合はC−C結合に変換されるが、一方でアクリレート中のC=Oには変換は生じない。したがって、C=CのC=Oに対する強度が、アクリレート変換率を表す。AC=C/AC=O比が、硬化された液滴中のC=C結合のC=O結合に対する相対的な比率を表しており、したがって、(AC=C/AC=O)0は、液滴中の当初のAC=CのAC=Oに対する比率を意味し、一方で、(AC=C/AC=O)xは、液滴が硬化された後の基板表面におけるAC=CのAC=Oに対する比率を意味する。ある実施形態では、ある層が最初に硬化された量は、分注された液滴のうちの約70%以上であってよい。ある構成では、分注された液滴を約70%から約80%のレベルの硬化エネルギーに最初に曝露している間に、分注された液滴中の材料が部分的に硬化され、それによって分注された液滴の目標とする接触角を達成し得ることが、望ましくあり得る。未硬化のまたは部分的に硬化された頂面上のアクリレート材料は、後続の液滴と共に共重合される結果として、層間の結合が生み出されることが確信されている。
高機能研磨パッドの形成プロセスの実施例
付加製造によるポロシティ形成
調合物及び材料の実施例
25°CにおけるF−Hの粘度は、それぞれ9.5cP、2.5cP、及び2.7cPである。反応性希釈剤もまた多官能性であってよく、したがって架橋反応または、ポリマー網目を製作する他の化学反応が生じてよい。一実施形態では、グリシジルメタクリレート(H)が反応性希釈剤の役割を果たしており、混合物の粘度が約15cPとなるように、二官能性脂肪族ウレタンアクリレートと混合される。概算の希釈係数は、約2:1から約10:1、例えば約5:1であってよい。ジメチルアミノエチルメタクリレートといったこの混合物に、調合物の約10重量%になるようにして、アミンアクリレートが添加されてよい。この混合物を約25°Cから約75°Cに加熱することによって、アミンのエポキシドとの反応が生じ、アクリレート化されたアミンとアクリレート化されたエポキシドとの付加物が形成される。次に、Irgacure(登録商標)651といった、適切な遊離基光開始剤が、調合物の2重量%で添加されてよく、この混合物は、基板上に厚さ20ミクロンの層が形成されるようにして、適切な3Dプリンタで分注されてよい。次に、この層は、薄いポリマーフィルムを形成するために約10〜約50mJ/cm2の強度で走査型UVダイオードレーザを使用して、約0.1μsから約10秒の間、例えば0.5秒間、液滴または層を約200nmから約400nmのUV光に曝露することによって、硬化されてよい。3D印刷された研磨パッドの組成物に有用であり得る反応性希釈剤の化合物は、米国ミズーリ州セントルイスのSigma−Aldrich、ペンシルベニア州エクストンのSartomer USA、米国コネチカット州トリントンのDymax Corporation、米国ジョージア州アルファレッタのAllnex Corporationを含む、様々な供給元から入手可能である。
付加タイプのポリマーの例
チオール−エン化学作用の使用によって3D印刷されたポリマー層の作製に有用であり得る不飽和化合物の例は、(L)1,4−ブタンジオールジビニルエーテル、(M)1,4−シクロヘキサンジメタノール、ジビニルエーテル、及び1,3,5−トリアリル−1,3,5−トリアジン−2,4,6(1H,3H,5H)−トリオンを含む。
反応例1.
図3Dに示すように、一実施形態では、ジアクリレートとジアミンが2つの別個のリザーバ315、316内に存在していてよく、その後、分注ノズル314の蛇行経路の混合領域318内で混合されて液滴として分注され、次にキセノンフラッシュランプで熱硬化されて、ポリマー層を形成してよい。
反応例 2
重合のためのジエンとジエノファイル分子の要件は、これらの分子がそれぞれ、1つ以上の接続している基によって分離されている、少なくとも2つのジエン反応部位またはジエノファイル反応部位を含んでいることである。さらに、DA重合反応の生成物は、線状コポリマー、分岐鎖状ポリマーまたはコポリマー、ブロックコポリマー、及び星型または樹枝状ポリマーを含み得る。ジエン化合物及びジエノファイル化合物の供給元は、米国ミズーリ州セントルイスのSigma−Aldrichである。
反応例 3
反応例 4
BCBは、その官能性に応じて、熱硬化性樹脂材料または熱可塑性物質材料を産出するために重合してよく、キセノンフラッシュランプまたはIRレーザといった任意の適切な方法で、液滴分注後に硬化されてよい。ポリマーは通常、良好な熱的安定性を示し、研磨処理中に見られる温度における、機械的特性の保持を示す。研磨用物品に最適な貯蔵弾性率(E’)、硬さ、付着度、可撓性、及び伸びといった所望の物理的特性を得るためにBCBの化学構造が変えられてよいことを、当業者は認識するであろう。BCB化合物の供給元は、米国ミズーリ州セントルイスのSigma−Aldrichと、米国ミシシッピ州ミッドランドのDow Chemical Company(Cyclotene(登録商標))を含む。
相互侵入ポリマー網目
(表8)
ブロック解除する基の例は、それぞれ170°C、140°C、及び170°Cのブロック解除温度を有する、フェノール基、オキシム基、及びカプロラクタム基を含む。ブロック型イソシアネートの他の例は、イソシアナートエチル(メタ)アクリレートにフェノールまたはジエチルオキシムを付加することによって調製された、フェノールまたはジエチルオキシムでブロックされたイソシアナートエチル(メタ)アクリレートを含む。これらのタイプの樹脂前駆体組成物は、電磁放射(例えばUV光)の送達によって供給されたエネルギー収支に基づく選択性を有するほとんどの現行の光硬化可能なインクとは異なって、高度に選択的な網目の形成を可能にすると、確信されている。したがって、これらの樹脂前駆体組成物を用いて形成される材料の機械的特性は、高機能研磨パッド内の成分の所望の要件を満たすように所望の調合組成物を制御することによって、より良く制御またはカスタマイズすることができる。
高機能研磨パッドの特性
(表2)
アクリレート系材料の例を以下に示す。以下は、二官能性オリゴマーのアクリレート(Y1)、及び三官能性オリゴマーのアクリレート(Y2)を含む。
メタクリレートオリゴマーの典型的な例は、CN1963及びCN1964を含んでいるが、これらもまたSartomerから入手可能である。材料の機械的特性の向上によって、研磨プロセス中の高機能研磨パッドの機械的性能に利益がもたらされる。例えば、伸びが向上することによって、高機能研磨パッドの除去速度、ウエハ間研磨不均一性(WTWNU)、ウエハ内不均一性(WIWNU)、及び分極効率が増進され得る。
(表A)
高機能研磨パッドの調合物の実施例
(表3)
官能性オリゴマーの例は、表3のアイテムO1〜O9で見ることができる。官能性反応性希釈剤及び他の添加剤の例は、表3のアイテムM1〜M11で見ることができる。硬化成分の例は、表3のアイテムP1〜P5、及びA1で見られる。表3に見られるアイテムO1〜O3、O7〜O9、M1〜M3、M5〜M6及びM8〜M10は米国Sartmerから入手可能であり、アイテムM11は米国のIGMレジンから入手可能であり、アイテムO4は韓国のMiwon Specialty Chemicals Corporationから入手可能であり、アイテムO5〜O6は米国ジョージア州アルファレッタのAllnex Corporationから入手可能であり、アイテムM4はドイツ国のBYK−Gardner GmbHから入手可能であり、アイテムM7はRahn USA Corporationから入手可能であり、アイテムP1〜P5は、Ciba Specialty Chemicals Inc.及びRahn USA Corporationから入手可能である。A2は、オクラホマ州タルサのMontello, Inc.から入手可能である。コポリマーA3は、米国ミズーリ州セントルイスの、Sigma−Aldrich Chemical Companyから入手可能である。
上記及び下記されている硬化可能な樹脂前駆体組成物成分の例は、比較例であることが意図されており、当業者は、所望の特性を実現するために、様々な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であろう。反応性希釈剤のいくつかの例は、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、イソボルニルアクリレート(IBOA)、及びアルコキシル化ラウリルメタクリレートである。上記の材料はSigma−Aldrichから入手可能であり、米国Sartomer及び/または米国Rahn AGからもまた入手され得る(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、1119、1121、1122、5142、5161、5275、6058、7151、及び7210、Genocureシリーズ、BP、PBZ、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)。Photomer4184は、米国のIGMレジンから入手されてよい。二官能性架橋剤のいくつかの例は、Sigma−Aldrichから入手可能であってよい、ビスフェノールAグリセロレートジメタクリレート、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る。オリゴマーの例は、脂肪族オリゴマー(米国Sartomer社のCNシリーズ131、131B、132、152、508、549、2910、3100及び3105)、ポリエステルアクリレートオリゴマー(米国Sartomer社の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及び2303)、並びに脂肪族ウレタンオリゴマー(米国Sartomer社のCNシリーズ929、959、961H81、962、969、964A85、965、968、980、986、989、991、992、996、2921、9001、9007、9013、9178及び9783)を含み得る。3550、3560、307、378、1791、1794、9077、A515、A535、JET9510、JET9511、P9908、UV3500、UV3535、DISPERBYK168、及びDISPERBYK2008といった化学物質及び添加物は、BYKから供給可能である。Irgacureシリーズ184、2022、2100、250、270、295、369、379、500、651、TPO、TPO−L、754、784、819、907、1173、または4265といった第1のタイプの光開始剤は、BASFからであることができる。エベクリルシリーズ(EB)の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といった他の官能性オリゴマー及び樹脂前駆体組成物成分は、Allnex Corpから購入可能である。トリエタノールアミン(TEA)並びに、ヒテノール及びマキセマル印の材料といった、遊離した非移動性の(重合可能な)界面活性剤は、米国オクラホマ州タルサのSigma−Aldrich、Montello Inc.及び、米国デラウェア州ニューカッスルのCroda Inc.から入手可能である。
実施例1−貯蔵弾性率E’及びE’30:E’90比の対象試験
(表4)
実施例2−貯蔵弾性率E’及びパーセント回復率の対象試験
(表5)
(表6)
(表7)
代替的なパッド構築設計
Claims (21)
- 研磨用物品であって、複数の逐次的に形成された層を備え、
前記複数の逐次的に形成された層が、
上に第1の層が形成される表面上に配置された第1のパターンのポロシティ形成剤含有領域と、
第1の構造材料含有領域であって、前記表面上で、前記第1のパターンで隣接して位置するポロシティ形成剤含有領域間に配置されている、第1の構造材料含有領域とを含む、
第1の層と、
前記第1の層の表面上に配置された第2の層であって、
前記第1の層の前記表面上に配置された第2のパターンのポロシティ形成剤含有領域と、
第2の構造材料含有領域であって、前記第1の層の前記表面上で、隣接して置かれた前記第2のパターンのポロシティ形成剤含有領域間に配置されている、第2の構造材料含有領域を含む第2の層を含む、研磨用物品。 - 前記第1のパターン及び第2のパターンのポロシティ形成剤材料含有領域は、それぞれ、水溶液に曝露されたときに分解するポロシティ形成剤材料を含む、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記ポロシティ形成剤材料は、アクリレートをさらに含む、請求項2に記載の研磨用物品。
- 前記第1の構造材料含有領域と前記第2の構造材料含有領域が、それぞれアクリレートを含む材料を含む、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第1の構造材料含有領域内に形成された構造材料が、上に前記第1の層が形成される前記表面に平行な少なくとも1つの方向に材料組成の勾配を有する、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第2の構造材料含有領域内に形成された構造材料が、前記第1の層の前記表面に平行な少なくとも1つの方向に材料組成の勾配を有する、請求項5に記載の研磨用物品。
- 前記第1のパターンのポロシティ形成剤含有領域は、前記第1の層の前記表面と平行な方向に、前記第2のパターンのポロシティ形成剤含有領域からある距離で互い違いにずれている、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第1の及び前記第2の構造材料含有領域は、二以上の官能性を有する脂肪族多官能性ウレタンアクリレートを含有する樹脂前駆体成分から形成された材料をそれぞれが含む、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第1の及び前記第2の構造材料含有領域は、第1の量の第1の樹脂前駆体成分、第2の量の第2の樹脂前駆体成分、及び第1の量の第1の硬化剤から形成された材料をそれぞれが含む、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第1の及び前記第2の構造材料含有領域は、第1の量のオリゴマー、第2の量のモノマーから形成された材料をそれぞれ含み、前記第1の量対前記第2の量の重量比が約3:1〜約1:3である、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第1の及び前記第2の構造材料含有領域は、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、単官能性アクリレートモノマー、または多官能性アクリレートモノマーを含む、ある量の第1の前駆体調合物を部分的に硬化することによって形成された材料をそれぞれが含む、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第1の及び前記第2の構造材料は、少なくとも1つのポリマー前駆体成分の、ポリマーである少なくとも1つのポリマー前駆体成分の周囲、前記成分の周辺、及び前記成分を覆っている少なくとも1つのポリマー前駆体成分のUV重合によって作製された相互貫通網目を含む材料をそれぞれが含む、請求項1に記載の研磨用物品。
- 前記第1の構造材料含有領域は、上に前記第1の層が形成される前記表面上に堆積された複数の液滴を分注し硬化することによって形成され、硬化された前記液滴は、前記表面に対して50°以上の接触角を有し、
前記第2の構造材料含有領域は、前記第1の層の前記表面上に堆積された複数の液滴を分注し硬化することによって形成され、硬化された前記液滴は、前記表面に対して50°以上の接触角を有する、
請求項1に記載の研磨用物品。 - 前記第1の及び前記第2の層とは異なる材料組成を有する複数のポリマー層をそれぞれが含む1つ以上の第2の研磨要素をさらに含み、前記1つ以上の第2の研磨要素のそれぞれの少なくとも1つの領域が、前記第1の研磨要素と前記研磨パッドの支持面の間に配置されている、
請求項1に記載の研磨用物品。 - 研磨用物品を形成する方法であって、複数のポリマー層を逐次的に形成することを含み、
前記複数のポリマー層を形成することは、
前記研磨用物品の複数の第1の研磨要素の第1の層を形成することであって、
上に前記第1の層が形成される表面上に第1のパターンのポロシティ形成剤含有領域を形成することと、
第1の構造材料含有領域を形成することであって、前記第1の構造材料含有領域は、前記表面上で、前記第1のパターンで隣接して位置するポロシティ形成剤含有領域間に配置されている、形成することとを含む、形成することと、
前記複数の第1の研磨要素の第2の層を形成することであって、前記第2の層は、前記第1の層の表面上に配置され、且つ、
前記第1の層の前記表面上に第2のパターンのポロシティ形成剤含有領域を形成することと、
第2の構造材料含有領域を形成することであって、前記第2の構造材料含有領域は、前記第1の層の前記表面上で、前記第2のパターンで隣接して位置するポロシティ形成剤含有領域間に配置されている、形成することを含む、形成することを含む、方法。 - 前記第1の構造材料含有領域を前記形成することは、
(a)前記付加製造プロセスの使用によって、上に前記第1の層が形成される前記表面に第1の量の第1の前駆体調合物を分注すること、
(b)前記分注された第1の量の前記第1の前駆体調合物を、前記第1の前駆体調合物の前記第1の量を部分的にのみ硬化するため、第1の時間にわたって電磁放射に曝露すること、及び
(c)(a)と(b)を繰り返すこと、を含む、請求項15に記載の方法。 - 前記第1の構造材料含有領域を前記形成することは、
前記第1の前駆体調合物を前記付加製造プロセスを用いて分注することを可能にする第1の粘度を有する前記第1の前駆体調合物を形成するために、第1の量の第1の樹脂前駆体成分と、第2の量の第2の樹脂前駆体成分と、第1の量の第1の硬化剤とを混合することをさらに含む、請求項16に記載の方法。 - 前記第1の構造材料含有領域または前記第2の構造材料含有領域が、前記第1の層の前記表面に平行な少なくとも1つの方向に材料組成の勾配を有する、請求項15に記載の研磨用物品。
- 前記第2のパターンのポロシティ形成剤含有領域を形成することは、前記第1の層の前記表面と平行な方向に、前記第2のパターンのポロシティ形成剤含有領域を、前記第1のパターンのポロシティ形成剤含有領域と互い違いにずらして配置することを含む、請求項15に記載の研磨用物品。
- 前記第1の及び前記第2の構造材料は、二以上の官能性を有する脂肪族多官能性ウレタンアクリレートを含有する第1の樹脂前駆体成分から形成された材料をそれぞれが含む、請求項15に記載の研磨用物品。
- 前記第1の構造材料含有領域を形成することは、複数の液滴を分注して硬化することであって、前記硬化された液滴は、上に前記第1の層が形成される前記表面に対して50°以上である接触角をそれぞれ有する、分注して硬化することを含み、
前記第2の構造材料含有領域を形成することは、複数の液滴を分注して硬化することであって、前記硬化された液滴は、前記第1の層の前記表面に対して50°以上である接触角をそれぞれ有する、分注して硬化することを含む、
請求項15に記載の方法。
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