KR100790217B1

KR100790217B1 - 미공질 연마 패드

Info

Publication number: KR100790217B1
Application number: KR1020047018820A
Authority: KR
Inventors: 아반쉬와르 프라사드
Original assignee: 캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션
Priority date: 2002-05-23
Filing date: 2003-05-21
Publication date: 2007-12-31
Also published as: TW590853B; AU2003228036A1; CN100377837C; US20040177563A1; US6896593B2; CN102189506B; CN101219531B; CN101219531A; JP4624781B2; JP2005532176A; US20040171340A1; JP2009274208A; US6935931B2; US6899598B2; US20030220061A1; EP1509364B1; US6913517B2; JP5149243B2; CN102189506A; KR20050004184A

Abstract

본 발명은 다공질 발포체를 포함하는 화학-기계적 연마를 위한 연마 패드 및 그의 제조 방법을 제공한다. 하나의 실시양태에서, 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 50㎛ 이하이고, 기공중 75% 이상은 평균 기공 크기 20㎛ 이하의 기공 크기를 갖는다. 다른 실시양태에서, 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 20㎛ 이하이다. 또 다른 실시양태에서, 다공질 발포체는 다중모드성 기공 크기 분포를 갖는다. 생성 방법은 (a) 중합체 수지를 초임계 기체와 혼합하여 단일상 용액을 생성하고, (b) 단일상 용액으로부터 연마 패드를 형성함을 포함하고, 이때 초임계 기체는 기체를 승온 및 승압에 적용시켜 생성한다.

연마 패드, 다공질, 발포체, 웨이퍼

Description

미공질 연마 패드 {MICROPOROUS POLISHING PAD}

본 발명은 균일한 기공 크기 분포를 갖는 다공질 발포체를 포함하는 화학-기계적 연마를 위한 연마 패드에 관한 것이다.

화학-기계적 연마("CMP") 공정은 미소전자 장치의 제조에 사용되어 반도체 웨이퍼, 전계방출 표시장치 및 그밖의 많은 미소전자 기재에 편평한 표면을 형성한다. 예를 들어, 반도체 장치의 제조는 일반적으로 다양한 가공층의 형성, 이들 층의 일부의 선택적 제거 또는 패턴화, 및 반도체 기재의 표면 위에 추가의 가공층을 침착하여 반도체 웨이퍼를 형성함을 포함한다. 가공층은, 예를 들어 절연층, 게이트 산화물 층, 전도성 층, 및 금속 또는 유리 층 등을 포함할 수 있다. 일반적으로 웨이퍼 가공의 임의의 단계에서 가공층의 최상면은 후속 층의 침착을 위하여 평탄한 것, 즉 편평한 것이 바람직하다. CMP는 가공층을 평탄화하는데 사용되며, 이때 후속 가공 단계를 위하여 전도성 또는 절연성 물질과 같은 침착된 물질을 연마하여 웨이퍼를 평탄화한다.

전형적인 CMP 공정에서, 웨이퍼는 CMP 도구내 캐리어에 윗면이 아래로 가도록 탑재된다. 연마 패드를 향하여 캐리어 및 웨이퍼에 아래로 힘을 가한다. 캐리어 및 웨이퍼는 CMP 도구의 연마 작업대상의 회전하는 연마 패드 위에서 회전한다. 연마 조성물(또한 연마 슬러리라고 부름)은 일반적으로 연마 공정동안 회전 웨이퍼와 회전 연마 패드의 사이에 도입된다. 연마 조성물은 전형적으로 가장 위의 웨이퍼 층(들)의 일부와 상호작용하거나 그를 용해시키는 화학약품 및 이 층(들)의 일부를 물리적으로 제거하는 연마재를 함유한다. 웨이퍼 및 연마 패드는 같은 방향으로 또는 반대 방향으로 회전시킬 수 있는데, 어느 것이든지 특정 연마 공정을 수행하기에 바람직하다. 캐리어는 또한 연마 작업대상의 연마 패드에 걸쳐 왕복할 수 있다.

화학-기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드는 중합체-함침된 직물, 미공질 필름, 다공질 중합체 발포체, 무공질(non-porous) 중합체 시이트, 및 소결된 열가소성 입자를 포함하는 부드러운 패드 물질 및 단단한 패드 물질을 둘다 사용하여 제조된다. 폴리에스테르 부직물에 함침된 폴리우레탄 수지를 함유하는 패드는 중합체-함침된 직물 연마 패드의 예이다. 미공질 연마 패드는 종종 함침된 직물 패드인 기제 물질상에 코팅된 미공질 우레탄 필름을 포함한다. 이들 연마 패드는 독립 기포의 다공질 필름이다. 다공질 중합체 발포체 연마 패드는 모든 3차원으로 불규칙하게 또한 균일하게 분포된 독립 기포 구조를 함유한다. 무공질 중합체 시이트 연마 패드는 슬러리 입자를 수송하는 고유의 능력이 없는, 고체 중합체 시이트로부터 만들어진 연마 표면을 포함한다(예를 들어, 미국 특허 제5,489,233호 참조). 이러한 고체 연마 패드는 패드의 표면에 끼어드는 크고(크거나) 작은 홈으로 외부 변형되어, 화학-기계적 연마중에 슬러리의 통과를 위한 통로를 제공한다고 한다. 이러한 무공질 중합체 연마 패드는 미국 특허 제6,203,407호에 개시되어 있는 데, 연마 패드의 연마 표면은 화학-기계적 연마의 선택성을 개선한다고 하는 방식으로 배향된 홈을 포함한다. 또한 유사한 방식으로, 미국 특허 제6,022,268호, 제6,217,434호 및 제6,287,185호에는 슬러리 입자를 흡수하거나 수송하는 고유의 능력이 없는 친수성 연마 패드가 개시되어 있다. 연마 표면은 치수가 10㎛ 이하이고 연마 표면의 고화에 의해 형성되는 마이크로아스퍼시티(microaspersity) 및 치수가 25㎛ 이상이고 절단에 의해 형성되는 거대 결함(또는 거대 구조)을 포함하는 불규칙한 표면 지형을 갖는다고 한다. 다공질 연속 기포 구조를 포함하는 소결된 연마 패드는 열가소성 중합체 수지로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,062,968호 및 제6,126,532호에는 열가소성 수지를 소결하여 생성된, 연속 기포의 미공질 기재를 갖는 연마 패드가 개시되어 있다. 생성된 연마 패드는 바람직하게는 공극율이 25 내지 50%이고, 밀도가 0.7 내지 0.9g/㎤이다. 유사하게는, 미국 특허 제6,017,265호, 제6,106,754호 및 제6,231,434호에는 바람직한 최종 패드 치수를 갖는 금형에서 689.5㎪(100psi)을 넘는 고압에서 열가소성 중합체를 소결하여 생성된, 균일하고 연속적으로 상호연결된 기공 구조를 갖는 연마 패드가 개시되어 있다.

홈 패턴 이외에, 연마 패드는 연마 패드의 표면에 조직(texture)을 제공하기 위한 다른 표면 특징을 가질 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,609,517호에는 모두 다른 경도를 갖는 지지층, 마디 및 상부층을 포함하는 복합 연마 패드가 개시되어 있다. 미국 특허 제5,944,583호에는 압축율이 교대되는 주변 고리를 갖는 복합 연마 패드가 개시되어 있다. 미국 특허 제6,168,508호에는 제1 물성 값(예컨 대, 경도, 비중, 압축율, 마찰, 높이 등)을 갖는 제1 연마 구역 및 제2 물성 값을 갖는 제2 연마 구역을 갖는 연마 패드가 개시되어 있다. 미국 특허 제6,287,185호에는 열성형 공정에 의해 생성된 표면 지형을 갖는 연마 패드가 개시되어 있다. 연마 패드의 표면은 표면 특징을 형성시키는 압력 또는 응력하에 가열된다.

미공질 발포체 구조를 갖는 연마 패드는 일반적으로 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,138,228호에는 미공질이고 친수성인 연마 제품이 개시되어 있다. 미국 특허 제4,239,567호에는 규소 웨이퍼를 연마하기 위한 편평한 미공질 폴리우레탄 연마 패드가 개시되어 있다. 미국 특허 제6,120,353호에는 압축율이 9% 미만이고 150 기공/㎠ 이상의 높은 기공 밀도를 갖는 스웨이드(suede)형 발포체 폴리우레탄 연마 패드를 사용하는 연마 방법이 개시되어 있다. EP 1 108 500 A1호에는 평균 직경이 1000㎛ 미만이고 밀도가 0.4 내지 1.1g/㎖인 독립 기포를 갖는, 미소-고무 A형 경도가 80 이상인 연마 패드가 개시되어 있다.

전술한 연마 패드중 몇몇은 그들의 의도하는 목적에 적합하지만, 특히 화학-기계적 연마에 의한 기재 연마에서 효과적인 평탄화를 제공하는 개선된 연마 패드가 여전히 필요하다. 또한, 개선된 연마 효율, 연마 패드에 걸쳐 그리고 연마 패드내의 개선된 슬러리 유동, 부식성 에칭제에 대한 개선된 내성 및(또는) 개선된 연마 균일성을 갖는 연마 패드가 필요하다. 마지막으로, 비교적 낮은 비용이 드는 방법을 사용하여 제조될 수 있고 사용하기 전에 콘디쇼닝(conditioning)이 거의 필요없거나 전혀 필요없는 연마 패드가 필요하다.

본 발명은 이러한 연마 패드를 제공한다. 본 발명의 상기 이점 및 다른 이 점, 및 추가의 본 발명의 특징은 본원에 제공되는 본 발명의 설명으로부터 분명해질 것이다.

발명의 요약

본 발명은 다공질 발포체를 포함하는 화학-기계적 연마를 위한 연마 패드를 제공한다. 제1 실시양태에서, 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 50㎛ 이하이고, 이때 기공중 75% 이상의 기공 크기는 평균 기공 크기가 20㎛ 이하이다. 제2 실시양태에서, 연마 패드는 평균 기공 크기가 1㎛ 내지 20㎛인 다공질 발포체를 포함한다. 제3 실시양태에서, 연마 패드는 평균 기공 크기가 50㎛ 이하인 열가소성 폴리우레탄 발포체를 포함하는데, 이때 열가소성 폴리우레탄은 용융유동 지수가 20 이하이고, 분자량이 50,000g/㏖ 내지 300,000g/㏖이고, 다분산성 지수가 1.1 내지 6이다. 제4 실시양태에서, 연마 패드는 외부 생성된 표면 조직을 갖지 않는 연마 표면을 포함하는 폴리우레탄 연마 패드이고, 이것은 0.028㎫(4psi)의 캐리어 누름 압력, 100㎖/분의 슬러리 유량, 60rpm의 압반 회전 속도 및 55rpm 내지 60rpm의 캐리어 회전 속도를 사용하여 600Å/분 이상의 속도로 이산화규소 웨이퍼를 연마할 수 있다. 제5 실시양태에서, 연마 패드는 다중모드성 기공 크기 분포를 갖는 다공질 발포체를 포함하며, 이때 다중모드성 분포는 20개 이하의 기공 크기 최대값을 갖는다.

본 발명은 또한 (a) 중합체 수지를 초임계 기체와 혼합하여 단일상 용액을 생성하고(이때, 초임계 기체는 기체를 승온 및 승압에 적용하여 생성됨), (b) 단일상 용액으로부터 연마 패드를 형성함을 포함하는, 연마 패드를 생성하는 방법을 제 공한다.

도 1은 CO₂ 농도 1.26% 및 융점 212℃(414℉)를 사용하여 생성된 압출된 다공질 발포체 막대의 횡단면의 주사 전자 현미경(SEM) 영상(100배 배율)이다.

도 2는 중합체 수지의 단일상 용액내 CO₂의 농도와 그로부터 제조된 생성된 다공질 발포체의 밀도 사이의 관계를 설명하는 이산화탄소 농도 대 밀도의 그래프이다.

도 3은 8㎛의 평균 기공 크기, 0.989g/㎤의 밀도 및 10⁶기포/㎤보다 큰 기포 밀도를 갖는 압출된 다공질 발포체 시이트의 횡단면의 주사 전자 현미경(SEM) 영상(80배 배율)이다.

도 4는 15㎛의 평균 기공 크기, 0.989g/㎤의 밀도 및 10⁶기포/㎤보다 큰 기포 밀도를 가지고 표면 거대 조직이 없는, 압출된 다공질 발포체 시이트의 상부 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 영상(50배 배율)이다.

도 5는 이산화규소 제거 속도 대 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드를 사용하여 연마된 이산화규소 웨이퍼 수의 그래프이다.

도 6은 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드와 고체 무공질 연마 패드를 비교하는(이때, 연마 패드는 홈이 파이고 버핑(buffing)됨), 이산화규소 제거 속도 대 연마된 이산화규소 웨이퍼 수의 그래프이다.

도 7A는 20개의 이산화규소 웨이퍼를 연마한 후 윤이 나고 연마 파편이 들러붙은 홈이 있는 거대 조직을 갖는 고체 무공질 중합체 시이트의 상부 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 영상(20배 배율)이다(이때, 연마 패드는 버핑되고 콘디쇼닝됨).

도 7B는 15㎛의 평균 기공 크기, 0.989g/㎤의 밀도 및 10⁶기포/㎤보다 큰 세포 밀도를 가지고, 20개의 이산화규소 웨이퍼를 연마한 후(버핑되고 콘디쇼닝됨) 연마 파편이 없는 홈이 있는 거대 조직을 갖는, 압출된 다공질 발포체 시이트의 상부 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 영상(20배 배율)이다.

도 7C는 15㎛의 평균 기공 크기, 0.989g/㎤의 밀도 및 10⁶기포/㎤보다 큰 기포 밀도를 가지고, 20개의 이산화규소 웨이퍼를 연마한 후(버핑되고 콘디쇼닝되지 않음) 연마 파편이 없는 홈이 있는 거대 조직을 갖는, 압출된 다공질 발포체 시이트의 상부 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 영상(20배 배율)이다.

도 8A, 도 8B 및 도 8C는 20개의 이산화규소 블랭킷(blanket) 웨이퍼를 연마한 후 연마 패드의 두께를 통한 실리카 연마제의 침투 정도를 나타내는, 고체 연마 패드(도 8A), 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드(도 8B) 및 통상의 독립 기포 연마 패드(도 8C)의 에너지 분산 X선(Energy Dispersive X-ray, EDX) 실리카 지도화 영상이다.

도 9는 고체 무공질 연마 패드, 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드 및 통상의 미공질 독립 기포 연마 패드의 사용을 비교한, 패턴화된 이산화규소 웨이퍼의 40% 조밀 특징에 대한 시간(초) 대 나머지 단 높이(Å)의 그래프이다.

도 10은 고체 무공질 연마 패드, 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드 및 통상의 미공질 독립 기포 연마 패드의 사용을 비교한, 패턴화된 이산화규소 웨이퍼의 70% 조밀 특징에 대한 시간(초) 대 나머지 단 높이(Å)의 그래프이다.

도 11은 고체 열가소성 폴리우레탄 시이트의 350배 배율의 SEM 영상이다.

도 12는 가압 기체 주입에 의해 처리되어 평균 기포 크기 0.1㎛의 발포체를 생성한, 고체 열가소성 폴리우레탄 시이트의 7500배 배율의 SEM 영상이다.

도 13은 가압 기체 주입에 의해 처리되어 평균 기포 크기 0.1㎛의 발포체를 생성한, 고체 열가소성 폴리우레탄 시이트의 20000배 배율의 SEM 영상이다.

도 14는 가압 기체 주입에 의해 처리되어 평균 기포 크기 4㎛의 발포체를 생성한, 고체 열가소성 폴리우레탄 시이트의 350배 배율의 SEM 영상이다.

도 15는 가압 기체 주입에 의해 처리되어 평균 기포 크기 4㎛의 발포체를 생성한, 고체 열가소성 폴리우레탄 시이트의 1000배 배율의 SEM 영상이다.

제1의 실시양태에서, 본 발명은 평균 기공 크기가 50㎛ 이하인 다공질 발포체를 포함하는 화학-기계적 연마를 위한 연마 패드에 관한 것이다. 바람직하게는, 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 40㎛ 이하, 또는 심지어 30㎛ 이하(예컨대, 20㎛ 이하)이다. 전형적으로, 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 1㎛ 이상(예컨대, 3㎛ 이상 또는 5㎛ 이상)이다.

제2의 바람직한 실시양태에서, 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 1㎛ 내지 20㎛이다. 바람직하게는, 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 1㎛ 내지 15㎛(예컨 대, 1㎛ 내지 10㎛)이다.

본원에 기술된 연마 패드의 다공질 발포체는 매우 균일한 분포의 기공 크기(즉, 기포 크기)를 갖는다. 전형적으로, 다공질 발포체내 기공(예컨대, 기포)의 75% 이상(예컨대, 80% 이상 또는 85% 이상)은 기공 크기 분포가 ±20㎛ 이하(예컨대, ±10㎛ 이하, ±5㎛ 이하 또는 ±2㎛ 이하)이다. 달리 말하면, 다공질 발포체내 기포의 75% 이상(예컨대, 80% 이상 또는 85% 이상)은 평균 기공 크기 20㎛ 이하(예컨대, ±10㎛ 이하, ±5㎛ 이하 또는 ±2㎛ 이하)의 기공 크기를 갖는다. 바람직하게는, 다공질 발포체내 기공(예컨대, 기포)의 90% 이상(예컨대, 93% 이상, 95% 이상 또는 97% 이상)은 기포 크기 분포가 ±20㎛ 이하(예컨대, ±10㎛ 이하, ±5㎛ 이하 또는 ±2㎛ 이하)이다.

전형적으로, 다공질 발포체는 주로 독립 기포(즉, 기공)를 포함하지만, 다공질 발포체는 또한 연속 기포도 포함할 수 있다. 바람직하게는, 다공질 발포체는 5% 이상(예컨대, 10% 이상)의 독립 기포를 포함한다. 더 바람직하게는, 다공질 발포체는 20% 이상(예컨대, 40% 이상 또는 60% 이상)의 독립 기포를 포함한다.

다공질 발포체는 전형적으로 밀도가 0.5g/㎤ 이상(예컨대, 0.7g/㎤ 이상 또는 심지어 0.9g/㎤ 이상)이고, 공극율이 25% 이하(예컨대, 15% 이하 또는 심지어 5% 이하)이다. 전형적으로, 다공질 발포체는 기포 밀도가 10⁵ 기포/㎤ 이상(예컨대, 10⁶ 기포/㎤ 이상)이다. 기포 밀도는 옵티마스(Optimas, 등록상표) 영상화 소프트웨어 및 이미지프로(ImagePro, 등록상표) 영상화 소프트웨어(이들 둘다 미디어 사이버네틱스(Media Cybernetics)사), 또는 클레멕스 비젼(Clemex Vision, 등록상표) 영상화 소프트웨어(클레멕스 테크날러지스(Clemex Technologies)사)와 같은 영상분석 소프트웨어 프로그램으로 다공질 발포체 물질의 횡단면 영상(예컨대, SEM 영상)을 분석하여 결정할 수 있다.

다공질 발포체는 임의의 적합한 물질, 전형적으로 중합체 수지를 포함할 수 있다. 다공질 발포체는 바람직하게는 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머성 고무, 스티렌계 중합체, 폴리방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교결합된 폴리우레탄, 가교결합된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테라프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블록 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군에서 선택되는 중합체 수지를 포함한다. 바람직하게는, 중합체 수지는 열가소성 폴리우레탄이다.

중합체 수지는 전형적으로 미리 형성된 중합체 수지이지만, 중합체 수지는 또한 임의의 적합한 방법에 따라 동일 반응계내에서 형성될 수 있고, 이들중 다수는 당업계에 공지되어 있다(예를 들어, 문헌[Szycher's Handbook of Polyurethanes CRC Press: New York, 1999, Chapter 3] 참조). 예를 들어, 열가소성 폴리우레탄은 우레탄 예비중합체(예: 이소시아네이트, 디-이소시아네이트 및 트리-이소시아네이트 예비중합체)와, 이소시아네이트 반응성 잔기를 함유하는 예비중합체의 반응에 의해 동일 반응계내에서 형성될 수 있다. 적합한 이소시아네이트 반응성 잔기는 아민 및 폴리올을 포함한다.

중합체 수지의 선택은 중합체 수지의 유변성에 부분적으로 의존할 것이다. 유변성은 중합체 용융물의 유동 거동이다. 뉴톤 유체의 경우, 점도는 전단 응력(즉, 접선 응력, σ)과 전단율(즉, 속도 구배, dγ/dt)의 비로 정의되는 상수이다. 그러나, 비뉴톤 유체의 경우, 전단율 진해짐(딜레이턴트) 또는 전단율 묽어짐(슈도플라스틱)이 일어날 수 있다. 전단율 묽어짐 경우에서, 점도는 전단율이 증가함에 따라 감소한다. 이 특성은 중합체 수지를 용융물 가공(예컨대, 압출, 사출 성형) 공정에 사용할 수 있게 한다. 전단율 묽어짐의 임계 영역을 확인하기 위하여, 중합체 수지의 유변성을 결정하여야 한다. 유변성은 융해된 중합체 수지가 특정 길이의 모세관을 통해 고정된 압력하에 강제되는 모세관 기법에 의해 결정될 수 있다. 상이한 온도에서의 겉보기 전단율 대 점도를 그래프화함으로써, 점도와 온도 사이의 관계를 결정할 수 있다. 유변성 가공 지수(RPI)는 중합체 수지의 임계 범위를 확인하는 변수이다. RPI는 기준 온도에서의 점도 대 고정된 전단율에서 20℃와 같은 온도 변화 후의 점도의 비이다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄일 때, RPI는 전단율 150ℓ/s 및 온도 205℃에서 측정하였을 때, 바람직하게는 2 내지 10(예컨대, 3 내지 8임)이다.

다른 중합체 점도 측정은 고정된 시간량에 걸쳐 주어진 온도 및 압력에서 포세관으로부터 압출된 융해된 중합체의 양(g)을 기록하는 용융유동 지수(MFI)이다. 예를 들어, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체(예컨대, 폴리카르보네이트 실리콘계 공중합체, 폴리우레탄 플루오르계 공중합체 또는 폴리 우레탄 실록산-분리된 공중합체)일 때, MFI는 바람직하게는 온도 210℃ 및 하중 2160g에서 10분에 걸쳐 20 이하(예컨대, 15 이하)이다. 중합체 수지가 엘라스토머성 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체(예컨대, 에틸렌 α-올레핀(예: 엘라스토머성 또는 일반적인 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-헥센, 에틸렌-옥텐 등)을 포함하는 공중합체, 메탈로센계 촉매로부터 만들어진 엘라스토머성 에틸렌 공중합체, 또는 폴리프로필렌-스티렌 공중합체)인 경우, MFI는 바람직하게는 온도 210℃ 및 하중 2160g에서 10분에 걸쳐 5 이하(예컨대, 4 이하)이다. 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트인 경우, MFI는 바람직하게는 온도 210℃ 및 하중 2160g에서 10분에 걸쳐 8 이하(예컨대, 5 이하)이다.

중합체 수지의 유변성은 중합체 수지의 분자량, 다분산성 지수(PDI), 장쇄 분지 또는 가교결합의 정도, 유리전이온도(T_g) 및 융점(T_m)에 의존할 수 있다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체(예: 전술한 공중합체)일 때, 중량 평균 분자량(M_w)은 전형적으로 50,000g/㏖ 내지 300,000g/㏖, 바람직하게는 70,000g/㏖ 내지 150,000g/㏖이고, PDI는 1.1 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4이다. 전형적으로, 열가소성 폴리우레탄은 유리전이온도가 20℃ 내지 110℃이고, 용융전이온도가 120 내지 250℃이다. 중합체 수지가 엘라스토머성 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체(예: 전술된 공중합체)인 경우, 중량 평균 분자량(M_w)은 전형적으로 50,000g/㏖ 내지 400,000g/㏖, 바람직하게는 70,000g/㏖ 내지 300,000g/㏖이고, PDI는 1.1 내지 12, 바람직하게는 2 내지 10이다. 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트일 때, 중량 평균 분자량(M_w)은 전형적으로 50,000g/㏖ 내지 150,000g/㏖, 바람직하게는 70,000g/㏖ 내지 100,000g/㏖이고, PDI는 1.1 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4이다.

다공질 발포체를 위해 선택된 중합체 수지는 임의의 기계적 특성을 갖는다. 예를 들어, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄일 때, 굴곡 탄성률(ASTM D790)은 바람직하게는 350㎫(~50,000psi) 내지 1000㎫(~150,000psi)이고, 평균 압축율(%)은 7 이하이고, 평균 반발률(%)은 35 이상이고, 쇼어 D 경도(ASTM D2240-95)는 40 내지 90(예컨대, 50 내지 80)이다.

제3의 실시양태에서, 연마 패드는 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 다공질 발포체를 포함하며, 이때 다공질 발포체는 평균 기공 크기가 50㎛ 이하(예컨대, 40㎛ 이하 또는 25㎛ 이하)이고 열가소성 폴리우레탄은 용융유동 지수(MFI)가 20 이하이고, RPI가 2 내지 10(예컨대, 3 내지 8)이고, 분자량(MW)이 50,000g/㏖ 내지 300,000g/㏖이고, PDI가 1.1 내지 6(예컨대, 2 내지 4)이다. 바람직하게는, 열가소성 폴리우레탄은 굴곡 탄성률이 350㎫(~50,000psi) 내지 1000㎫(~150,000psi)이고, 평균 압축율(%)이 7 이하이고, 평균 반발률(%)이 35 이상이고, 쇼어 D 경도가 40 내지 90(예컨대, 50 내지 80)이다. 이러한 연마 패드는 본 발명의 다른 실시양태에 대하여 본원에 기술된 하나 이상의 물리적 특징(예컨대, 기공 크기 및 중합체 특성)을 가질 수 있다.

제4의 실시양태에서, 연마 패드는 임의의 외부 생성된 표면 조직의 부재하에 캐리어 누름 압력 0.028㎫(4psi), 슬러리 유량 100㎖/분, 압반 회전 속도 60rpm 및 캐리어 회전 속도 55rpm 내지 60rpm을 사용하여 600Å/분 이상의 연마 속도로 이산화규소 웨이퍼를 연마할 수 있는, 연마 표면을 포함하는 폴리우레탄 연마 패드이다. 제4의 실시양태의 연마 패드는 발포체에 현탁된 연마성 입자를 함유하지 않으며, 금속 산화물 입자를 함유하는 연마 조성물(즉, 슬러리), 특히 캐보트 마이크로일렉트로닉스 코포레이션(Cabot Microelectronics Corporation)에 의해 판매되는 세미-스퍼스(Semi-Sperse, 등록상표) D7300 연마 조성물과 함께 사용된다. 전형적으로, 연마 패드는 상기 언급된 연마 변수들을 사용하여 800Å/분 이상 또는 심지어 1000Å/분 이상의 연마 속도로 이산화규소 웨이퍼를 연마할 수 있다. 연마 패드는 공극율이 25% 이하이고, 평균 기공 크기 50㎛ 이하(예컨대, 40㎛ 이하)의 기공을 포함한다. 연마 패드는 또한 이산화규소 블랭킷 웨이퍼가 2% 내지 4%의 낮은 불균일도를 나타내도록 이산화규소 블랭킷 웨이퍼를 연마할 수 있다. 이러한 연마 패드는 본 발명의 다른 실시양태에 대하여 본원에 기술된 하나 이상의 물리적 특징(예컨대, 기공 크기 및 중합체 특성)을 가질 수 있다.

제5의 실시양태에서, 연마 패드는 기공 크기의 다중모드성 분포를 갖는 다공질 발포체를 포함한다. "다중모드성"이란 용어는 다공질 발포체가 2개 이상(예컨대, 3개 이상, 5개 이상 또는 심지어 10개 이상)의 기공 크기 최대값을 포함하는 기공 크기 분포를 가짐을 뜻한다. 전형적으로 기공 크기 최대값의 갯수는 20개 이하(예컨대, 15개 이하)이다. 기공 크기 최대값은 그 면적이 총 기공 수의 5% 이상을 차지하는 기공 크기 분포내 피크로서 정의된다. 바람직하게는, 기공 크기 분포는 2모드성이다(즉, 2개의 기공 크기 최대값을 가짐).

다중모드성 기공 크기 분포는 임의의 적합한 기공 크기 값에서 기공 크기 최대값을 가질 수 있다. 예를 들어, 다중모드성 기공 크기 분포는 제1 기공 크기 최대값이 50㎛ 이하(예컨대, 40㎛ 이하, 30㎛ 이하 또는 20㎛ 이하)이고, 제2 기공 크기 최대값이 50㎛ 이상(예컨대, 70㎛ 이상, 90㎛ 이상 또는 심지어 120㎛ 이상)일 수 있다. 다중모드성 기공 크기 분포는 또 다르게는 제1 기공 크기 최대값이 20㎛ 이하(예컨대, 10㎛ 이하 또는 5㎛ 이하)이고 제2 기공 크기 최대값이 20㎛ 이상(예컨대, 35㎛ 이상, 50㎛ 이상 또는 심지어 75㎛ 이상)일 수 있다.

제5 실시양태의 다공질 발포체는 임의의 적합한 중합체 수지를 포함할 수 있으며, 예를 들어 다공질 발포체는 전술된 임의의 중합체 수지를 포함할 수 있다. 바람직하게는, 다공질 발포체는 열가소성 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 중합체 수지는 다른 실시양태에 대하여 전술된 임의의 물리적, 기계적 또는 화학적 특성을 가질 수 있다.

전술된 연마 패드의 다공질 발포체는 임의로는 물 흡수성 중합체를 추가로 포함한다. 물 흡수성 중합체는 바람직하게는 비정질, 결정질 또는 가교결합된 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리비닐알콜, 이들의 염, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된다. 바람직하게는, 물 흡수성 중합체는 가교결합된 폴리아크릴아미드, 가교결합된 폴리아크릴산, 가교결합된 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택딘다. 이러한 가교결합된 중합체는 바람직하게는 물 흡수성이지만, 일반적인 유기 용매에 용융되거나 용해되지 않을 것이다. 오히려, 물 흡 수성 중합체는 물(예컨대, 연마 조성물의 액체 담체)과 접촉하면 팽윤한다.

제1, 제2, 제3 및 제5 실시양태에 대하여 전술된 연마 패드의 다공질 발포체는 임의로는 패드의 본체내로 혼입되는 입자를 함유한다. 바람직하게는, 입자는 다공질 발포체의 전체에 걸쳐 분산된다. 입자는 연마성 입자, 중합체 입자, 복합 입자(예컨대, 캡슐화된 입자), 유기 입자, 무기 입자, 정화 입자 및 이들의 혼합물일 수 있다.

연마성 입자는 임의의 적합한 물질로 될 수 있고, 예를 들어 연마성 입자는 금속 산화물(예: 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아, 크로미아, 산화철 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물) 또는 탄화규소, 질화붕소, 다이아몬드, 석류석 또는 세라믹 연마재를 포함할 수 있다. 연마성 입자는 금속 산화물과 세라믹의 하이브이드 또는 무기 및 유기 물질의 하이브리드일 수 있다. 입자는 또한 중합체 입자로서, 그의 다수가 미국 특허 제5,314,512호에 기술되어 있다(예: 폴리스티렌 입자, 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 액정 중합체(LCP, 예컨대 시바 가이기(Ciba Geigy)사의 벡트라(Vectra, 등록상표) 중합체), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 입상 열가소성 중합체(예컨대, 입상 열가소성 폴리우레탄), 입상 가교결합된 중합체(예컨대, 입상 가교결합된 폴리우레탄 또는 폴리에폭사이드), 또는 이들의 혼합물). 다공질 발포체가 중합체 수지를 포함하면, 중합체 입자는 바람직하게는 다공질 발포체의 중합체 수지의 융점보다 높은 융점을 갖는다. 복합 입자는 코어(core) 및 외피를 함유하는 임의의 적합한 입자일 수 있다. 예를 들어, 복합 입자는 고체 코어(예컨대, 금속 산화물, 금속, 세라믹 또는 중합체) 및 중합체 쉘(shell)(예컨대, 폴리우레탄, 나일론 또는 폴리에틸렌)을 함유할 수 있다. 정화 입자는 필로실리케이트(예컨대, 운모(예: 플루오르화 운모) 및 점토(예: 활석, 카올리나이트, 몬모릴로나이트, 헥토라이트)), 유리 섬유, 유리 비드, 다이아몬드 입자, 탄소 섬유 등일 수 있다.

본원에 기술된 연마 패드의 다공질 발포체는 임의로는 패드의 본체내로 혼입되는 가용성 입자를 함유한다. 바람직하게는, 가용성 입자는 다공질 발포체의 전체에 걸쳐 분산된다. 이러한 가용성 입자는 화학-기계적 연마중에 연마 조성물의 액체 담체내에 부분적으로 또는 완전히 용해된다. 전형적으로 가용성 입자는 수용성 입자이다. 예를 들어, 가용성 입자는 임의의 적합한 수용성 입자, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린, 만니톨, 락토즈, 히드록시프로필셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 전분, 단백질, 비정질 비가교결합된 폴리비닐 알콜, 비정질 비가교결합된 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 산화물, 수용성 광감성 수지, 술폰화 폴리이소프렌 및 술폰화 폴리이소프렌 공중합체로 이루어진 군에서 선택된 물질의 입자일 수 있다. 가용성 입자는 또한 칼륨 아세테이트, 칼륨 니트레이트, 칼륨 카르보네이트, 칼륨 비카르보네이트, 칼륨 클로라이드, 칼륨 브로마이드, 칼륨 포스페이트, 마그네슘 니트레이트, 칼슘 카르보네이트 및 나트륨 벤조에이트로 이루어진 군에서 선택되는 물질의 무기 수용성 입자일 수 있다. 가용성 입자가 용해되면, 연마성 패드는 가용성 입자의 크기에 상응하는 연속 기공을 가진 상태가 될 수 있다.

입자는 바람직하게는 발포된 연마 기재로 성형되기 전에 중합체 수지와 배합 된다. 연마 패드내로 혼입되는 입자는 임의의 적합한 치수(예컨대, 직경, 길이 또는 폭) 또는 모양(예컨대, 구형, 타원형)일 수 있고, 임의의 적합한 양으로 연마 패드내로 혼입될 수 있다. 예를 들어, 입자는 입자 치수(예컨대, 직경, 길이 또는 폭)가 1㎚ 이상 및(또는) 2㎜ 이하(예컨대, 직경 0.5㎛ 내지 2㎜)일 수 있다. 바람직하게는, 입자의 치수는 10㎚ 이상 및(또는) 500㎛ 이하(예컨대, 직경 100㎚ 내지 10㎛)이다. 입자는 또한 다공질 발포체의 중합체 수지에 공유 결합될 수 있다.

전술된 연마 패드의 다공질 발포체는 임의로는 패드의 본체내로 혼입되는 고체 촉매를 함유한다. 바람직하게는, 고체 촉매는 다공질 발포체의 전체에 걸쳐 분산된다. 촉매는 금속성, 비금속성 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 촉매는 다중 산화 상태를 갖는 금속 화합물(비제한적인 예: Ag, Co, Ce, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Nb, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti 및 V를 포함하는 금속 화합물)중에서 선택된다.

전술된 연마 패드의 다공질 발포체는 임의로는 킬레이트제 또는 산화제를 함유한다. 바람직하게는, 킬레이트제 및 산화제는 다공질 발포체의 전체에 걸쳐 분산된다. 킬레이트제는 임의의 적합한 킬레이트제일 수 있다. 예를 들어, 킬레이트제는 카르복실산, 디카르복실산, 포스폰산, 중합체성 킬레이트제, 이들의 염 등일 수 있다. 산화제는 철 염, 알루미늄 염, 퍼옥사이드, 클로레이트, 퍼클로레이트, 퍼망가네이트, 퍼술페이트 등을 포함하는 산화 염 또는 산화 금속 착체일 수 있다.

전술된 연마 패드는 임의로는 연마 패드의 표면에 걸쳐 연마 조성물의 측면 수송을 용이하게 하는 홈, 통로 및(또는) 천공을 추가로 포함하는 연마 표면을 갖는다. 이러한 홈, 통로 또는 천공은 임의의 적합한 패턴일 수 있고, 임의의 적합한 깊이 및 폭을 가질 수 있다. 연마 패드는 둘 이상의 상이한 홈 패턴을 가질 수 있다(예를 들어, 미국 특허 제5,489,233호에 기술된 것과 같은 큰 홈과 작은 홈의 혼합). 홈은 경사진 홈, 동심성 홈, 나사형 또는 원형 홈, XY 직교 패턴의 형태일 수 있고, 연속 또는 비연속 연결될 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드는 표준의 패드 콘디쇼닝 방법에 의해 생성된 적어도 작은 크기의 홈을 포함한다.

전술된 연마 패드는 임의로는 상이한 밀도, 다공성, 경도, 탄성률 및(또는) 압축율의 영역을 추가로 포함하는 연마 표면을 갖는다. 상이한 영역은 임의의 적합한 모양 또는 치수를 가질 수 있다. 전형적으로, 밀도, 다공성, 경도 및(또는) 압축율이 대조되는 영역은 동일 반응계외 방법에 의해(즉, 연마 패드가 형성된 후) 연마 패드상에 형성된다.

전술된 연마 패드는 임의로는 하나 이상의 개구, 투명 영역 또는 반투명 영역(예컨대, 미국 특허 5,893,796호에 기술된 창(window))을 추가로 포함한다. 연마 패드가 동일 반응계내 CMP 공정 모니터링 기법과 함께 사용될 경우에는 이러한 개구 또는 반투명 영역의 포함이 바람직하다. 개구는 임의의 적합한 모양을 가질 수 있고, 표면의 연마시 과량의 연마 조성물을 최소화 또는 제거하기 위한 배출 통로와 함께 사용될 수 있다. 반투명 영역 또는 창은 임의의 적합한 창일 수 있고, 그의 다수는 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 반투명 영역은 연마 패드의 개구내에 삽입된 유리 또는 중합체계 플러그(plug)를 포함할 수 있거나 또는 연마 패 드의 나머지에 사용된 것과 동일한 중합체성 물질을 포함할 수 있다.

본 발명의 연마 패드는 임의의 적합한 기법을 사용하여 생성될 수 있는데, 그의 다수는 당업계에 공지되어 있다. 예를 들어, 연마 패드는 (a) 미세발포 성형(mucell) 공정, (b) 상 반전 공정, (c) 스피노달(spinodal) 또는 2모드성 분해 공정, 또는 (d) 가압 기체 주입 공정에 의해 생성될 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드는 미세발포 성형 공정 또는 가압 기체 주입 공정을 사용하여 생성된다.

미세발포 성형 공정은 (a) 중합체 수지를 초임계 기체와 혼합하여 단일상 용액을 생성하고, (b) 단일상 용액으로부터 본 발명의 연마 패드 기재를 형성함을 포함한다. 중합체 수지는 전술된 임의의 중합체 수지일 수 있다. 초임계 기체는 기체가 유체(즉, 초임계 유체, SCF)와 같이 행동하는 초임계 상태를 생성하기에 충분한 승온 및 승압에 기체를 적용함으로써 생성된다. 기체는 탄화수소, 클로로플루오로탄소, 히드로클로로플루오로탄소(예컨대, 프레온), 질소, 이산화탄소, 일산화탄소 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 기체는 난연성 기체, 예를 들어 C-H 결합을 함유하지 않는 기체이다. 더 바람직하게는, 기체는 질소, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물이다. 가장 바람직하게는, 기체는 이산화탄소를 포함하거나 또는 이산화탄소이다. 기체는 중합체 수지와 혼합되기 전 또는 후에 초임계 기체로 변환될 수 있다. 바람직하게는, 기체는 중합체 수지와 혼합되기 전에 초임계 기체로 변환된다. 전형적으로, 기체는 100℃ 내지 300℃의 온도 및 5㎫(~800psi) 내지 40㎫(~6000psi)의 압력에 적용된다. 기체가 이산화탄소일 경우, 온도는 150℃ 내지 250℃이고, 압력은 7㎫(~1000psi) 내지 35㎫(~5000psi)(예컨대, 19㎫ (~2800psi) 내지 26㎫(~3800psi))이다.

중합체 수지 및 초임계 기체의 단일상 용액은 임의의 적합한 방식으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 초임계 기체는 기계 배럴에서 융해된 중합체 수지와 배합되어 단일상 용액을 형성할 수 있다. 그 다음, 단일상 용액을 금형내로 사출할 수 있는데, 금형에서 기체가 팽창하여 융해된 중합체 수지내에 높은 균일성의 기공 크기를 갖는 기공 구조를 형성한다. 단일상 용액내 초임계 기체의 농도는 전형적으로 단일상 용액의 전체 체적의 0.01% 내지 5%(예컨대, 0.1% 내지 3%)이다. 초임계 유체의 농도는 다공질 발포체의 밀도 및 기공 크기를 결정할 것이다. 초임계 기체의 농도가 증가하면, 생성된 다공질 발포체의 밀도는 증가하고 평균 기공 크기는 감소한다. 초임계 기체의 농도는 또한 생성된 다공질 발포체의 연속 기포 대 독립 기포의 비에 영향을 줄 수 있다. 이들 공정 특징 및 추가의 공정 특징은 미국 특허 제6,284,810호에 더 상세하게 기술되어 있다.

연마 패드는 용액 ㎤당 10⁵개보다 큰 핵형성 부위를 생성하기에 충분한 단일상 용액내 열역학적 불안정성을 생성함으로써 형성된다. 열역학적 불안정성은, 예를 들어 빠른 온도 변화, 빠른 압력 강하 또는 이들의 혼합에 의해 일어날 수 있다. 전형적으로, 열역학적 불안정성은 단일상 용액을 함유하는 금형 또는 다이의 출구에서 유도된다. 핵형성 부위는 초임계 기체의 용해된 분자가 다공질 발포체내 기포가 성장하는 클러스터를 형성하는 부위이다. 핵형성 부위의 수는 핵형성 부위의 수가 중합체 발포체내에 형성된 기포의 수와 거의 같다고 가정하여 결정된다. 연마 패드는 임의의 적합한 기법에 의해 단일상 용액으로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 중합체 시이트로의 압출, 다층 시이트의 공압출, 사출성형, 압축성형, 취입성형, 취입 필름, 다층 취입 필름, 주조성형 필름, 열성형 및 적층화로 이루어진 군에서 선택되는 기법을 사용하여 형성될 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드는 중합체 시이트로의 압출 또는 사출성형에 의해 형성된다.

상 반전 방법은 고도로 교반되는 비용매내에서 중합체의 T_m 또는 T_g 보다 높게 가열된 중합체 수지의 매우 미세한 입자의 분산을 포함한다(예컨대, 실시예를 제공함). 중합체 수지는 전술된 임의의 중합체 수지일 수 있다. 비용매에 첨가되는 미세 중합체 수지 입자의 수가 증가함에 따라, 미세 중합체 수지 입자는 연결되어, 초기에는 덩굴손(tendril)으로서 형성되고, 최종적으로는 3차원 중합체 망상구조로서 형성된다. 그 다음, 비용매 혼합물을 냉각하여 비용매를 3차원 중합체 망상구조내 분리된 액적으로 형성시킨다. 생성된 물질은 1미크론 이하의 기공 크기를 갖는 중합체 발포체이다.

스피노달 또는 2모드성 분해 공정은 중합체-중합체 혼합물, 또는 중합체-용매 혼합물의 온도 및(또는) 체적 분율을 조절하여, 혼합물을 단일상 영역으로부터 2상 영역으로 이동시킴을 포함한다. 2상 영역내에서, 중합체 혼합물의 스피노달 분해 또는 2모드성 분해가 일어날 수 있다. 분해는 중합체 혼합물이 비평형상으로부터 평형상으로 변하는 공정을 가리킨다. 스피노달 영역에서, 혼합 곡선의 자유 에너지는 중합체의 상 분리(즉, 2상 물질의 형성) 또는 중합체와 용매의 상 분리가 체적 분율의 작은 변동에 반응하여 자발적으로 일어나도록 음수이다. 2모드성 영역에서, 중합체 혼합물은 체적 분율의 작은 변동에 대하여 안정하므로, 상분리된 물질을 달성하는데 핵형성 및 성장을 필요로 한다. 2상 영역(즉, 2모드성 또는 스피노달 영역)내 온도 및 체적 분율에서의 중합체 혼합물의 침전은 두 상을 갖는 중합체 물질을 형성시킨다. 중합체 혼합물이 용매 또는 기체를 충분히 가지면, 2상 중합체 물질은 상분리 계면에서 1미크론 이하의 기공을 함유할 것이다. 중합체는 바람직하게는 전술된 중합체 수지를 포함한다.

가압 기체 주입 공정은 고온 및 고압을 사용하여 초임계 유체 기체를 비정질 중합체 수지를 포함하는 고체 중합체 시이트내로 강제함을 포함한다. 중합체 수지는 전술된 임의의 중합체 수지일 수 있다. 고체 압출 시이트를 실온에서 압력 용기에 위치시킨다. 용기에 초임계 기체(예컨대, N₂ 또는 CO₂)를 첨가하고, 중합체 시이트의 자유 체적내로 적당한 양의 기체를 강제하기에 충분한 수준으로 용기를 가압한다. 중합체에 용해된 기체의 양은 헨리(Henry)의 법칙에 따라 적용된 압력에 정비례한다. 중합체 시이트의 온도를 증가시키면 중합체내로의 기체의 확산 속도가 증가되지만, 중합체 시이트에 용해될 수 있는 기체의 양은 줄어든다. 기체가 중합체를 완전히 포화시키면, 시이트를 가압 용기로부터 제거한다. 경우에 따라, 중합체 시이트는 필요하다면 기포 핵형성 및 성장을 촉진하기 위하여 연화된 또는 융해된 상태로 고속 가열될 수 있다. 미국 특허 제5,182,307호 및 제5,684,055호에는 가압 기체 주입 공정의 상기 특징 및 추가의 특징이 기술되어 있다.

본 발명의 연마 패드는 화학-기계적 연마(CMP) 기계와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, 이 기계는 사용시 움직이고 궤도, 선형 또는 원형 이동으로 인한 속도를 갖는 압반, 압반과 접촉하여 움직이는 압반과 함께 움직이는 본 발명의 연마 패드, 및 연마될 기재와 접촉될 연마 패드의 표면에 대하여 접촉하고 이동함으로써 연마되는 기재를 수용하는 캐리어를 포함한다. 기재의 연마는 기재를 연마 패드와 접촉하게 위치시킨 다음, 연마 패드가 기재에 대하여 이동하고, 전형적으로 이들 사이에 연마 조성물이 위치하여, 기재의 일부 이상을 연마하여 기재를 연마함으로써 일어난다. CMP 기계는 임의의 적합한 CMP 기계일 수 있고, 다수가 당업계에 공지되어 있다. 본 발명의 연마 패드는 또한 선형 연마 도구와 함께 사용될 수 있다.

본원에 기술된 연마 패드는 단독으로 사용될 수 있거나 또는 다층 적층된 연마 패드의 하나의 층으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 하부패드(subpad)와 함께 사용될 수 있다. 하부패드는 임의의 적합한 하부패드일 수 있다. 적합한 하부패드는 폴리우레탄 발포체 하부패드(예컨대, 로저스 코포레이션(Rogers Corporation)사의 포론(Poron, 등록상표) 발포체 하부패드), 함침된 펠트(felt) 하부패드, 미공질 폴리우레탄 하부패드 또는 소결된 우레탄 하부패드를 포함한다. 하부패드는 전형적으로 본 발명의 연마 패드보다 부드러우며, 따라서 본 발명의 연마 패드보다 더 압축성이고 더 낮은 쇼어 경도 값을 갖는다. 예를 들어, 하부패드는 쇼어 A 경도가 35 내지 50일 수 있다. 일부 실시양태에서, 하부패드는 연마 패드보다 더 단단하고, 더 압축성이며, 더 단단한 쇼어 경도를 갖는다. 하부패드는 임의로는 홈, 통로, 중공 부분, 창, 개구 등을 포함한다. 본 발명의 연마 패드를 하부패드와 함께 사용하면, 전형적으로 연마 패드와 하부패드와 함께 이들 사이에서 공압출성인, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 같은 중간 백킹(backing)층이 있다. 또 다르게는, 본 발명의 다공질 발포체는 또한 통상의 연마 패드와 함께 하부패드로서 사용될 수 있다.

본원에 기술된 연마 패드는 많은 유형의 기재 및 기재 물질을 연마하기에 적합하다. 예를 들어, 연마 패드를 사용하여 기억 저장 장치, 반도체 기재 및 유리 기재를 포함한 다양한 기재를 연마할 수 있다. 연마 패드로 연마하기에 적합한 기재는 기억 디스크, 경질 디스크, 자기 헤드, MEMS 장치, 반도체 웨이퍼, 전계방출 표시장치, 및 기타 미소전자 기재, 특히 절연층(예컨대, 이산화규소, 질화규소 또는 저유전성 물질) 및(또는) 금속 함유 층(예컨대, 구리, 탄탈룸, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 티탄, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐 또는 기타 귀금속)을 포함하는 기재를 포함한다.

하기 실시예는 본 발명을 추가로 설명하지만, 물론 그 범주를 어떤 식으로든 제한하는 것으로 생각해서는 안된다.

실시예 1

이 실시예는 균일한 기공 크기를 갖는 미공질 발포체 막대를 생성하는 방법을 설명한다.

열가소성 폴리우레탄(TPU) 발포체 막대(1A 및 1B)를 압출 방법에 의해 생성 하였다. 각각의 TPU 발포체 막대는 중량 평균 분자량이 90,000g/㏖ 내지 110,000g/㏖이고 PDI가 2.2 내지 3.3인 TPU(TT 1072 테코탄(Tecothane, 등록상표) 폴리우레탄, 써메딕스 폴리머 프로덕츠(Thermedics Polymer Products)사)를 사용하여 제조하였다. 각각의 경우에서, TPU를 승온 및 승압의 압출기(라벡스 II 프라이머리(Labex II primary), 직경 6.35㎝(2.5인치), L/D 단축 압출기 32/1)에 위치시켜 중합체 용융물을 형성하였다. 중합체 용융물에 이산화탄소 기체를 승온 및 승압에서 주입하여(P7 트림(trim) 및 4 표준 주입기가 장착된 트렉셀(Trexel) TR30-5000G 전달 시스템을 사용하여), 중합체 용융물과 배합되어 단일상 용액을 형성하는 초임계 유체 CO₂를 형성시켰다. CO₂/중합체 용액을 수렴성 다이(직경 0.15㎝(0.060인치), 각도 12.1°)를 통해 압출하여 다공질 발포체 막대를 형성하였다. CO₂의 농도는 막대 1A 및 1B에 대하여 각각 1.51% 및 1.26%이었다.

압출기의 각 대역, 게이트, 다이의 온도 및 융점, 다이 압력, 스크류 속도 및 CO₂의 농도를 하기 표 1에 요약하였다. 막대 샘플 1B의 주사 전자 현미경(SEM) 영상은 도 1에 나타나 있다.

압출 변수	막대 1A	막대 1B
대역 1 온도(℃)	210(410℉)	210(410℉)
대역 2 온도(℃)	221(430℉)	221(430℉)
대역 3 온도(℃)	221(430℉)	218(425℉)
대역 4 온도(℃)	216(420℉)	204(400℉)
대역 5 온도(℃)	216(420℉)	204(400℉)
게이트 온도(℃)	227(440℉)	218(425℉)
다이 온도(℃)	227(440℉)	218(425℉)
융점(℃)	219(427℉)	212(414℉)
다이 압력 P1(㎫)	25.7(3730psi)	24.5(3560psi)
다이 압력 P2(㎫)	20.7(3010psi)	21.2(3080psi)
다이 압력 P3(㎫)	19.7(2860psi)	20.3(2940psi)
다이 압력 P4(㎫)	19.8(2880psi)	20.3(2940psi)
스크류 속도(rpm)	14	13
구동 전류(amp)	63	64
SCF 유형	CO₂	CO₂
SCF 설정(㎏/hr)	0.40(0.87lb/hr)	0.32(0.70lb/hr)
출력(㎏/hr)	26.3(57.8lb/hr)	25.3(55.7lb/hr)
SCF 농도(%)	1.51	1.26

이 실시예는 초임계 유체 미소기포 기법을 사용하여 균일한 기포 크기를 갖는 미공질 발포체 물질을 생성할 수 있음을 설명한다.

실시예 2

이 실시예는 본 발명의 연마 패드를 제조하는 방법을 설명한다.

일련의 열가소성 폴리우레탄(TPU) 발포체 시이트(2A, 2B, 2C 및 2D)를 압출 방법에 의해 생성하였다. 각각의 TPU 시이트는 중량 평균 분자량이 90,000g/㏖ 내지 110,000g/㏖이고 PDI가 2.2 내지 3.3인 TPU(TT 1072 테코탄(등록상표) 폴리우레탄, 써메딕스 폴리머 프로덕츠사)를 사용하여 제조하였다. 각각의 경우에서, TPU를 승온 및 승압의 압출기(라벡스 II 프라이머리, 직경 6.35㎝(2.5인치), L/D 단축 32/1)에 위치시켜 중합체 용융물을 형성하였다. 중합체 용융물에 이산화탄소 기체를 승온 및 승압에서 주입하여, 중합체 용융물과 배합되어 단일상 용액을 형성하는 초임계 유체 CO₂를 형성시켰다. CO₂/중합체 용액을 평다이(폭 30.5㎝(12인치), 굽힘 간격 0.005 내지 0.0036㎝(0.002 내지 0.0014인치), 수렴각도 6°)를 통해 압출하여 다공질 발포체 시이트를 형성하였다. CO₂의 농도는 시이트 2A, 2B, 2C 및 2D에 대하여 각각 0.50%, 0.80%, 1.70% 및 1.95%이었다.

압출기의 각 대역, 게이트, 다이의 온도 및 융점, 다이 압력, 스크류 속도, CO₂의 농도 및 시이트 치수를 하기 표 2에 요약하였다.

압출 변수	시이트 2A	시이트 2B	시이트 2C	시이트 2D
대역 1 온도(℃)	210(410℉)	210(410℉)	210(410℉)	210(410℉)
대역 2 온도(℃)	221(430℉)	221(430℉)	221(430℉)	221(430℉)
대역 3 온도(℃)	221(430℉)	221(430℉)	213(415℉)	213(415℉)
대역 4 온도(℃)	216(420℉)	216(420℉)	190(375℉)	190(375℉)
대역 5 온도(℃)	216(420℉)	216(420℉)	190(375℉)	190(375℉)
게이트 온도(℃)	216(420℉)	216(420℉)	204(400℉)	204(400℉)
다이 온도(℃)	213(415℉)	213(415℉)	196(385℉)	196(385℉)
융점(℃)	213(415℉)	213(415℉)	210(410℉)	210(410℉)
다이 압력(㎫)	14.7(2130psi)	14.2(2060psi)	14.5(2100psi)	14.3(2070psi)
스크류 속도(rpm)	13	13	13	13
SCF 유형	CO₂	CO₂	CO₂	CO₂
SCF 설정(㎏/hr)	0.136 (0.30lb/hr)	0.218 (0.48lb/hr)	0.454 (1.00lb/hr)	0.513 (1.13lb/hr)
출력(㎏/hr)	27.2 (60.0lb/hr)	27.2 (60.0lb/hr)	26.3 (58.0lb/hr)	26.3 (58.0lb/hr)
SCF 농도(%)	0.50	0.80	1.70	1.95
시이트 폭(㎝)	26.7(10.5인치)	26.7(10.5인치)	25.4(10인치)	27.3(10.75인치)
시이트 두께(㎝)	0.0635(25밀)	0.0711(28밀)	0.108(42.5밀)	0.108(42.5밀)
기포 크기	큼	크고 작음	작음	작음

표 2에 제시된 각각의 일련의 압출 변수를 사용하여 우수한 균일성의 기포 크기(±25㎛)를 갖는 다공질 TPU 발포체 시이트를 생성하였다. 샘플 2A 및 2B는 큰 평균 기포 크기를 나타내었다(>100㎛). 시이트 2C 및 2D는 작은 평균 기포 크 기(<100㎛)를 나타내었다.

이 실시예는 작은 기포 크기를 갖는 다공질 발포체 시이트를 초임계 유체 방법에 의해 생성할 수 있음을 나타낸다.

실시예 3

일련의 열가소성 폴리우레탄(TPU) 발포체 시이트(3A, 3B, 3C 및 3D)를 압출 방법에 의해 생성하였다. 각각의 TPU 시이트는 중량 평균 분자량이 90,000g/㏖ 내지 110,000g/㏖이고 PDI가 2.2 내지 3.3인 TPU(TT 1072 테코탄(등록상표) 폴리우레탄, 써메딕스 폴리머 프로덕츠사)를 사용하여 제조하였다. 각각의 경우에서, TPU를 승온 및 승압의 압출기(라벡스 II 프라이머리, 직경 6.35㎝(2.5인치), L/D 단축 32/1)에 위치시켜 중합체 용융물을 형성하였다. 중합체 용융물에 이산화탄소 기체를 승온 및 승압에서 주입하여, 중합체 용융물과 배합되어 단일상 용액을 형성하는 초임계 유체 CO₂를 형성시켰다. CO₂/중합체 용액을 평다이(폭 30.5㎝(12인치), 굽힘 간격 0.005 내지 0.0036㎝(0.002 내지 0.0014인치), 수렴각도 6°)를 통해 압출하여 다공질 발포체 시이트를 형성하였다. CO₂의 농도는 시이트 3A, 3B, 3C 및 3D에 대하여 각각 1.38%, 1.50%, 1.66% 및 2.05%이었다.

압출기의 각 대역, 게이트, 다이의 온도 및 융점, 다이 압력, 스크류 속도 및 CO₂의 농도를 하기 표 3에 요약하였다. 다공질 TPU 발포체 시이트내에 생성된 평균 기포 크기는 CO₂ 기체의 농도에 의존한다. 단일상 용액내 CO₂ 농도 대 생성된 시이트의 밀도의 그래프는 도 2에 나타나 있다.

압출 변수	시이트 3A	시이트 3B	시이트 3C	시이트 3D
대역 1 온도(℃)	214(418℉)	210(410℉)	210(410℉)	210(410℉)
대역 2 온도(℃)	221(430℉)	221(430℉)	221(430℉)	221(430℉)
대역 3 온도(℃)	213(415℉)	213(415℉)	213(415℉)	213(415℉)
대역 4 온도(℃)	193(380℉)	190(375℉)	190(375℉)	179(355℉)
대역 5 온도(℃)	193(380℉)	190(375℉)	190(375℉)	179(355℉)
게이트 온도(℃)	199(390℉)	193(380℉)	193(380℉)	185(365℉)
다이 1 온도(℃)	199(390℉)	196(385℉)	196(385℉)	190(375℉)
다이 2 온도(℃)	216(420℉)	210(410℉)	210(410℉)	199(390℉)
융점(℃)	210(410℉)	204(400℉)	202(395℉)	196(385℉)
다이 압력 P1(㎫)	17.1(2480psi)	18.1(2630psi)	20.9(3030psi)	24.4(3540psi)
다이 압력 P2(㎫)	15.9(2300psi)	15.9(2310psi)	16.7(2420psi)	20.2(2930psi)
다이 압력 P3(㎫)	13.4(1950psi)	14.3(2070psi)	15.4(2230psi)	18.6(2700psi)
다이 압력 P4(㎫)	12.9(1870psi)	13.8(2000psi)	14.7(2130psi)	17.7(2570psi)
스크류 속도(rpm)	13	13	13	13
구동 전류(amp)	-	-	69	67
SCF 유형	CO₂	CO₂	CO₂	CO₂
SCF 설정(㎏/hr)	0.363 (0.80lb/hr)	0.399 (0.88lb/hr)	0.454 (1.00lb/hr)	0.513 (1.13lb/hr)
출력(㎏/hr)	26.3 (58lb/hr)	26.3 (58lb/hr)	27.3 (60.2lb/hr)	25.0 (55.1lb/hr)
SCF 농도(%)	1.38	1.50	1.66	2.05
발포체 시이트 폭(㎝)	27.9 (11.00인치)	28.6 (11.25인치)	27.9 (11.00인치)	27.3 (10.75인치)
발포체 시이트 두께(㎝)	0.100 (0.0395인치)	0.104 (0.0410인치)	0.103 (0.0407인치)	0.100 (0.0395인치)
밀도(g/㎖)	0.781	0.816	0.899	0.989

표 3에 제시된 각각의 일련의 압출 변수를 사용하여 우수한 균일성의 기포 크기를 갖는 다공질 TPU 발포체 시이트를 생성하였다. 샘플 3D의 주사 전자 현미경(SEM) 영상은 도 3(횡단면) 및 도 4(상부 표면)에 나타나 있다. 샘플 3D의 물성을 결정하였고, 데이터를 하기 표 4에 요약하였다.

연마 패드 밀도는 ASTM D795 시험 방법에 따라 결정하였다. 연마 패드의 쇼 어 A 경도는 ASTM 2240 시험 방법에 따라 결정하였다. 연마 패드의 최고 응력은 ASTM D638 시험 방법에 따라 결정하였다. 압축율(%)은 아메스(Ames) 계량기를 사용하여 0.031㎫(4.5psi)의 압력에서 결정하였다. 아메스 시험기의 프로브를 먼저 0으로 만든 다음(샘플 없이), 샘플 두께를 결정하였다(D1). 5파운드의 분동(0.031㎫)을 프로브위에 위치시키고, 1분 후에 샘플 두께를 측정하였다(D2). 압축율은 초기 샘플 두께(D1)에 대한 두께 차이(D1-D2)의 비이다. 압축율(%)은 또한 0.5㎫(72psi)의 압력에서 인스트론(Instron) 기법을 사용하여 측정하였다. 반발률(%)은 쇼어 레질리오미터(Shore Resiliometer)(쇼어 인스트루먼트 앤 MFG(Shore Instrument & MFG)사)를 사용하여 결정하였다. 반발률(%)은 금속 덩어리가 0.031㎫(4.5psi)에서 미리 형성된 시험편으로부터 되튈 때 금속 덩어리의 왕복 높이에서 측정하였다. 반발률(%)은 5회 측정의 평균으로서 보고된다. 굴곡 탄성률은 ASTM D790 시험 방법에 따라 결정하였다. 통기성은 제뉴인 걸리(Genuine Gurley) 4340 자동 밀도계를 사용하여 결정하였다.

T_g는 동적 기계적 분석기(DMA) 또는 열역학적 분석(TMA)에 의해 결정하였다. DMA의 경우, TA 2980 모델 기기를 -25℃ 내지 130℃의 작동 온도, 3㎐의 주파수 및 2.5℃/분의 가열 속도에서 사용하였다. T_g는 저장 탄성률 대 온도 그래프의 중간점으로부터 계산하였다. TMA의 경우, 시험은 ASTM E831 시험 방법에 따라 수행하였다. T_m은 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 결정하였다. TA 2920 모델 기기를 -50℃ 내지 230℃의 작동 온도 및 10℃/분의 가열 속도에서 사용하였다. T_m 값은 발열 곡 선의 최고 융점으로부터 계산하였다. 저장 탄성률은 25℃에서의 DMA에 의해 결정되었다. 테이버 마모도(Taber Wear)는 1000싸이클의 연마에서 제거되는 다공질 발포체 시이트의 양이다. 다공질 발포에 시이트의 평균 기공 크기 및 기공 밀도는 50배 및 100배 배율의 SEM 현미경을 사용하여 결정하였다.

평균 기공 크기 및 기공 크기 분포는 주어진 단위 면적내의 독립 기포 기공을 계수한 다음, 클레멕스 테크날러지스사에서 입수가능한 영상화 소프트웨어인 클레멕스 비젼 소프트웨어를 사용하여 기공 직경을 평균하여 측정하였다. 기공의 크기 및 비율은 샘플내 기공의 비구형 특징을 반영하는 폭 및 길이 둘다에 대하여 보고하였다. 기공 밀도는 하기 수학식에 따라 결정하였다:

상기 식에서,

ρ_고체는 고체 열가소성 폴리우레탄 패드(SCF 기체의 부재하)의 밀도로서, 1.2g/㎤이고,

ρ_{패드 물질}은 미공질 열가소성 폴리우레탄 패드(SCF 기체의 존재하)의 밀도이고,

d는 기포의 직경(㎝, 구형이라고 가정함)이다.

물성	값
두께	0.107㎝(0.042인치)
밀도	0.989g/㎤
쇼어 A 경도	93.7
최고 응력	20.1㎫(2911.8psi)
평균 기공 크기(w x l)	7.9㎛±1.2㎛x13.2㎛±20.6㎛
0-10㎛ 크기의 기공 %(w, l)	78.4, 61.2
10-20㎛ 크기의 기공 %(w, l)	92.7, 84.7
20-30㎛ 크기의 기공 %(w, l)	96.8, 91.3
평균 ±20㎛ 크기의 기공 %(w, l)	96, 91
㎤당 기포 수	47 x 10⁶
0.031㎫(4.5psi)에서의 압축율(%)	3.99%
0.031㎫(4.5psi)에서의 반발률(%)	46.11%
굴곡 탄성률	538㎫(78,000psi)
조도	14.66㎛
통기성	225.77초
T_g(DMA)	44.29℃
T_m(DSC)	80℃-205℃
25℃에서의 저장 탄성률(DMA)	1000㎫
테이버 마모도	71.65㎎/1000싸이클

샘플 3D의 다공질 발포체의 평균 기공 크기 및 기공 크기 분포는 또한 샘플을 산화규소 블럭으로 5시간동안 콘디쇼닝한 후 결정하였다. 평균 기공 크기 및 평균 ±20㎜ 이내의 치수를 갖는 기공의 비율(각각 7.7±9.3×13.2±15.5(w×l) 및 98%/91%(w/l))은 콘디쇼닝 및 연마 이전에 얻어진 값과 실질적으로 같다. 이들 결과는 기공 크기 및 기공 크기 분포가 다공질 발포체 시이트의 횡단면적을 통해 일정하였음을 나타낸다.

이 실시예는 본 발명의 방법을 사용하여 균일한 기공 크기를 갖는 미공질 연마 패드를 제조할 수 있음을 나타낸다.

실시예 4

이 실시예는 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드가 우수한 연마 특성을 나타냄을 설명한다.

밀도 0.989g/㎖ 및 두께 0.107㎝(0.0423인치)를 갖는, 샘플 3D에 대하여 실시예 3에 언급된 방법에 따라 생성된 미공질 발포체 폴리우레탄 연마 패드를 사용하여 블랭킷 이산화규소 웨이퍼를 화학-기계적으로 연마하였다. 연마 패드는 임의의 콘티쇼닝(즉, 미세홈 또는 미세구조의 형성), 버핑 또는 외부 거대홈(즉, 거대조직) 없이 사용하였다. 제거 속도 및 웨이퍼내 불균일성은 연마된 이산화규소 웨이퍼 수의 함수로서 연마 패드에 대하여 결정하였다. 제거 속도는 4개의 웨이퍼에 대하여 연속적으로 측정한 후, 4개의 "모조" 이산화규소 웨이퍼를 연마하였고, 이들의 제거 속도는 기록하지 않았다. 제거 속도 대 연마된 이산화규소 웨이퍼 수의 그래프는 도 5에 나타나 있다. 연마 변수는 0.028㎫(4psi)의 캐리어 누름 압력, 100㎖/분의 슬러리 유량, 60rpm의 압반 속도, 55 내지 60rpm의 캐리어 속도였다.

도 5에 묘사된 데이터는 균일한 기포 크기 분포를 갖는 미공질 발포체를 포함하는 연마 패드가 임의의 콘디쇼닝, 버핑 또는 홈 거대조직의 부재하에서도 이산화규소 블랭킷 웨이퍼의 실질적인 연마 제거 속도를 일으킴을 나타낸다. 또한, 연마 패드는 웨이퍼내 불균일성이 매우 낮았다.

실시예 5

상이한 연마 패드를 사용하여 동일한 연마 조성물(즉, 캐보트 마이크로일렉트로닉스사에 의해 판매되는 세미-스퍼스(등록상표) D7300 연마 조성물)의 존재하에 이산화규소 블랭킷 웨이퍼를 연마하였다. 연마 패드 5A(콘트롤)는 미세홈 및 거대홈을 갖는 고체 비공질 폴리우레탄 연마 패드이었다. 연마 패드 5B(본 발명)는 샘플 3D에 대하여 실시예 3에 언급된 방법에 따라 생성된, 20±10㎛ 이하의 균일한 기공 크기 및 0.989g/㎖의 밀도 및 0.107㎝(0.0423인치)의 두께를 갖는, 버핑되고, 콘디쇼닝되고(미세홈을 형성하기 위하여) 홈이 패인(거대홈) 미공질 발포체 폴리우레탄 연마 패드이었다. 제거 속도 및 불균일성은 연마된 이산화규소 웨이퍼 수의 함수로서 각각의 연마 패드에 대하여 결정하였다. 연마 패드 5A 및 5B 각각에 대하여 제거 속도 대 연마된 이산화규소 웨이퍼 수의 그래프를 도 6에 나타내었다. 연마 변수는 0.028㎫(4psi)의 캐리어 누름 압력, 100㎖/분의 슬러리 유량, 60rpm의 압반 속도, 55 내지 60rpm의 캐리어 속도였다. 고체 연마 패드 및 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드의 홈이 패인 상부 표면의 주사 전자 현미경(SEM) 영상은 각각 도 7A 및 도 7B-도 7C에 나타나 있다.

도 6의 그래프는 균일한 기포 크기 분포를 갖는 미공질 발포체 연마 패드가 고체 비공질 연마 패드에 비하여 이산화규소 블랭킷 웨이퍼에 대하여 우수한 제거 속도를 가짐을 나타낸다. 게다가, 본 발명의 미공질 연마 패드는 20개 이상의 웨이퍼를 연마하는 도중에 매우 일정한 제거 속도 및 낮은 불균일성을 나타내는데, 이는 연마 패드가 시간이 지남에 따라 윤이 나지 않게 되었음을 나타낸다. 도 7A 내지 도 7C의 SEM 영상은 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드(도 7B 및 도 7C)가 통상의 연마 패드(도 7A)의 경우 관찰되는 바와 같이 연마하는 동안 윤이 나는 경향이 덜함을 나타낸다.

실시예 6

이 실시예는 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드가 연마하는 동안 연마 조성물에 투과성이고 연마 조성물을 수송할 수 있음을 나타낸다.

pH 11의 수성 퓸드 실리카 연마제를 사용하는 화학-기계적 연마 실험에서 고체 폴리우레탄 연마 패드(패드 6A, 비교예), 미공질 발포체 폴리우레탄 연마 패드(패드 6B, 본 발명) 및 통상의 독립 기포 폴리우레탄 연마 패드(패드 6C, 비교예)를 사용하였다. 20개의 이산화규소 웨이퍼를 연마한 후, 각각의 연마 패드를 SEM X선 지도화 기법, 에너지 분산 X선(EDX) 분광법에 의해 실험하여 실리카-기제의 연마 조성물의 침투 정도를 결정하였다. EDX 영상은 패드 6A, 6B 및 6C에 대하여 각각 도 8A, 도 8B 및 도 8C에 나타나 있다.

실리카 연마제의 침투 정도는 도 8A에 나타난 바와 같이 고체 연마 패드(패드 6A)의 패드 두께의 10 내지 15%이었다. 미공질 발포체 연마 패드(패드 6B)의 경우, 실리카 마모제는 패드 두께의 40% 이상을 침투하였다. 통상의 독립 기포 연마 패드(패드 6C)의 경우, 실리카 연마제는 패드 두께의 20% 내지 25%를 침투하였다.

이 실시예는 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드가 연마 조성물 연마성 입자를 연마 패드 본체내로 잘 수송할 수 있는 반면에, 통상의 고체 및 독립 기포 연마 패드는 연마 조성물을 연마 패드 본체내로 수송하지 않음을 나타낸다.

실시예 7

이 실시예는 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드가 통상의 독립 기포 미공질 연마 패드에 비하여 우수한 연마 속도를 가짐을 나타낸다.

유사한 패턴화된 이산화규소 웨이퍼를 상이한 연마 패드(연마 패드 7A, 7B 및 7C)를 사용하여 pH 11에서 퓸드 실리카 연마제로 연마하였다. 연마 패드 7A(비교예)는 고체 비공질 폴리우레탄 연마 패드이었다. 연마 패드 7B(본 발명)는 본 발명의 미공질 발포체 폴리우레탄 연마 패드이었다. 연마 패드 7C(비교예)는 통상의 미공질 독립 기포 폴리우레탄 연마 패드이었다. 각각의 연마 패드를 버핑하고, 콘디쇼닝하고, 홈을 생성하였다. 8000Å의 단 높이를 갖는 40% 밀도 영역 및 8000Å의 단 높이를 갖는 70% 밀도 영역에 대한 평탄화 속도는 각각의 연마 패드에 의해 연마하고, 특징부의 나머지 단 높이를 30, 60, 90, 120 및 150초 후에 결정하였다. 40% 조밀 특징 및 70% 조밀 특징에 대한 결과는 각각 도 9 및 도 10에 나타나 있다.

도 9 및 도 10에 묘사된 결과는 40% 밀도 영역의 경우, 모든 연마 패드(연마 패드 7A 내지 7C)가 60초 후 1000Å 미만의 나머지 단 높이를 가짐을 나타낸다. 그러나, 70% 밀도 영역의 경우, 연마 패드 7A 및 7B만이 90초 후 1000Å 미만의 나머지 단 높이를 갖는다. 따라서, 본 발명의 미공질 발포체 연마 패드는 통상의 미공질 발포체 독립 기포 연마 패드에 비하여 우수한 연마 속도를 갖는다.

실시예 8

이 실시예는 가압 기체 주입 공정을 사용하여 본 발명의 연마 패드를 제조하는 방법을 설명한다.

고체 압출된 TPU 시이트의 두 샘플을 5㎫ CO₂ 기체가 들어있는 가압 용기에 실온에서 30시간동안 위치시켰다. 고체 TPU 시이트는 각각 5중량%의 CO₂를 흡수하였다. 그 다음, TPU 샘플(샘플 8A 및 8B)을 5㎫의 포화 압력에서 각각 50℃ 및 97.6℃로 가열하여 각각 평균 기포 크기 0.1㎛ 및 4㎛(99개의 기포가 계수됨, 최소 2㎛, 최대 8㎛, 표준 편차 1.5)의 시이트를 생성하였다. 평균 기포 크기는 영상 분석 소프트웨어를 사용하여 결정하였다. 처리되지 않은 고체 TPU 시이트의 SEM 영상은 도 11에 나타나 있다. 발포된 TPU 시이트(본 발명의 샘플 8A 및 8B)의 SEM 영상은 도 12 내지 도 15에 나타나 있다. 도 12 및 도 13은 각각 7500배 및 20000배의 배율이다. 도 14 및 도 15는 각각 350배 및 1000배의 배율이다.

이 실시예는 가압 기체 주입 공정을 사용하여 20㎛ 미만의 평균 기공 크기 및 매우 균일한 기공 크기 분포를 갖는 다공질 발포체 연마 패드 물질을 생성할 수 있음을 나타낸다.

Claims

평균 기공 크기가 50㎛ 이하이고, 기공중 75% 이상이 평균 기공 크기의 ± 20㎛ 이내의 기공 크기를 갖는 다공질 발포체를 포함하는 화학-기계적 연마를 위한 연마 패드.
제1항에 있어서, 평균 기공 크기가 40㎛ 이하인 연마 패드.
제1항에 있어서, 다공질 발포체의 밀도가 0.5g/㎤ 이상인 연마 패드.
제1항에 있어서, 다공질 발포체의 공극율이 25% 이하인 연마 패드.
제1항에 있어서, 다공질 발포체가 독립 기포를 포함하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 다공질 발포체의 기포 밀도가 10⁵기포/㎤ 이상인 연마 패드.
제1항에 있어서, 다공질 발포체가 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머성 고무, 스 티렌계 중합체, 폴리방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교결합된 폴리우레탄, 가교결합된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테라프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블록 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군에서 선택되는 중합체 수지를 포함하는 연마 패드.
제7항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 연마 패드.
제8항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 용융유동 지수가 20 이하이고, 중량 평균 분자량(M_w)이 50,000g/㏖ 내지 300,000g/㏖이고, 다분산성 지수(PDI)가 1.1 내지 6인 연마 패드.
제8항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유변성 가공 지수(RPI)가 150ℓ/s의 전단율(γ) 및 205℃의 온도에서 2 내지 8인 연마 패드.
제8항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 굴곡 탄성률이 350㎫ 내지 1000㎫인 연마 패드.
제8항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유리전이온도가 20℃ 내지 110℃이고 용융전이온도가 120℃ 내지 250℃인 연마 패드.
제7항에 있어서, 다공질 발포체가 물 흡수성 중합체를 추가로 포함하는 연마 패드.
제13항에 있어서, 물 흡수성 중합체가 가교결합된 폴리아크릴아미드, 가교결합된 폴리아크릴산, 가교결합된 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 연마 패드.
제7항에 있어서, 다공질 발포체가 연마성 입자, 중합체 입자, 복합 입자, 액체 담체-가용성 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 입자를 추가로 포함하는 연마 패드.
제15항에 있어서, 다공질 발포체가 실리카, 알루미나, 세리아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 연마성 입자를 추가로 포함하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 평균 기공 크기가 1㎛ 내지 20㎛인 연마 패드.
제1항에 있어서, 기공중 90% 이상이 평균 기공 크기의 ± 20㎛ 이내의 기공 크기를 갖는 연마 패드.
제17항에 있어서, 다공질 발포체의 밀도가 0.5g/㎤ 이상인 연마 패드.
제17항에 있어서, 다공질 발포체의 공극율이 25% 이하인 연마 패드.
제17항에 있어서, 다공질 발포체가 독립 기포를 포함하는 연마 패드.
제17항에 있어서, 다공질 발포체의 기포 밀도가 10⁵기포/㎤ 이상인 연마 패드.
제17항에 있어서, 다공질 발포체가 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머성 고무, 스티렌계 중합체, 폴리방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교결합된 폴리우레탄, 가교결합된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테라프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블록 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군에서 선택되는 중합체 수지를 포함하는 연마 패드.
제23항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 연마 패드.
제24항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 융용유동 지수가 20 이하이고, 중량 평균 분자량(M_w)이 50,000g/㏖ 내지 300,000g/㏖이고, 다분산성 지수(PDI)가 1.1 내지 6인 연마 패드.
제24항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유변성 가공 지수(RPI)가 150ℓ/s의 전단율(γ) 및 205℃의 온도에서 2 내지 8인 연마 패드.
제24항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 굴곡 탄성률이 350㎫ 내지 1000㎫인 연마 패드.
제24항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유리전이온도가 20℃ 내지 110℃이고 용융전이온도가 120℃ 내지 250℃인 연마 패드.
제23항에 있어서, 다공질 발포체가 물 흡수성 중합체를 추가로 포함하는 연마 패드.
제29항에 있어서, 물 흡수성 중합체가 가교결합된 폴리아크릴아미드, 가교결합된 폴리아크릴산, 가교결합된 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 연마 패드.
제23항에 있어서, 다공질 발포체가 연마성 입자, 중합체 입자, 복합 입자, 액체 담체-가용성 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 입자를 추가로 포함하는 연마 패드.
제31항에 있어서, 다공질 발포체가 실리카, 알루미나, 세리아 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 연마성 입자를 추가로 포함하는 연마 패드.
20개 이하의 기공 크기 최대값을 갖는 다중모드성 기공 크기 분포를 갖는 다공질 발포체를 포함하는 화학-기계적 연마를 위한 연마 패드.
제33항에 있어서, 다중모드성 기공 크기 분포가 2모드성 기공 크기 분포인 연마 패드.
제34항에 있어서, 2모드성 분포가 50㎛ 이하의 제1 기공 크기 최대값 및 50㎛ 이상의 제2 기공 크기 최대값을 갖는 연마 패드.
제34항에 있어서, 2모드성 분포가 20㎛ 이하의 제1 기공 크기 최대값 및 20㎛ 이상의 제2 기공 크기 최대값을 갖는 연마 패드.
제33항에 있어서, 다공질 발포체가 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머성 고무, 스티렌계 중합체, 폴리방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교결합된 폴리우레탄, 가교결합된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테라프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블록 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군에서 선택되는 중합체 수지를 포함하는 연마 패드.
제37항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 연마 패드.
제33항에 있어서, 다공질 발포체가 물 흡수성 중합체를 포함하는 연마 패드.
제33항에 있어서, 다공질 발포체가 연마성 입자, 중합체 입자, 복합 입자, 액체 담체-가용성 입자 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 입자를 포함하는 연마 패드.
평균 기공 크기 50㎛ 이하의 열가소성 폴리우레탄 발포체를 포함하고, 열가소성 폴리우레탄의 융용유동 지수(MFI)가 20 이하이고, 분자량이 50,000g/㏖ 내지 300,000g/㏖이고, 다분산성 지수(PDI)가 1.1 내지 6인, 화학-기계적 연마를 위한 연마 패드.
제41항에 있어서, 폴리우레탄 발포체의 굴곡 탄성률이 350㎫ 내지 1000㎫인 연마 패드.
제41항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유변성 가공 지수가 150ℓ/s의 전단율 및 205℃의 온도에서 2 내지 10인 연마 패드.
제41항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄 발포체의 평균 압축율(%)이 7 이하이고, 평균 반발률(%)이 35 이상이고, 쇼어 D 경도가 40 내지 90인 연마 패드.
0.028㎫의 캐리어 누름 압력, 100㎖/분의 슬러리 유량, 60rpm의 압반 회전 속도 및 55 내지 60rpm의 캐리어 회전 속도를 사용하여 이산화규소 웨이퍼를 600Å/분 이상의 속도로 연마할 수 있으며, 연마성 입자를 함유하지 않고 외부 생성된 표면 조직을 포함하지 않는, 화학-기계적 연마를 위한 폴리우레탄 연마 패드.
제45항에 있어서, 공극율이 5% 이하인 연마 패드.
제45항에 있어서, 평균 기공 크기가 50㎛ 이하인 기공을 포함하는 연마 패드.
(a) 중합체 수지를 초임계 기체와 혼합하여 단일상 용액을 생성하고(이때, 초임계 기체는 기체를 승온 및 승압에 적용시켜 생성됨), (b) 단일상 용액으로부터 연마 패드를 형성함을 포함하는, 연마 패드 기재를 생성하는 방법.
제48항에 있어서, 기체가 난연성인 방법.
제49항에 있어서, 기체가 질소, 이산화탄소 또는 이들의 혼합물을 포함하는 방법.
제48항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머성 고무, 스티렌계 중합체, 폴리방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교결합된 폴리우레탄, 가교결합된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테라프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중 합체 및 블록 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군에서 선택되는 방법.
제48항에 있어서, 연마 패드가 용액 1 ㎤당 10⁵개보다 큰 핵형성 부위를 생성하기에 충분한 단일상 용액에서의 열역학적 불안정성을 빠른 온도 변화, 빠른 압력 강하 또는 이들의 혼합으로 생성함으로써 형성되는 방법.
제48항에 있어서, 초임계 기체의 양이 단일상 용액의 전체 체적의 0.01% 내지 5%인 방법.
제48항에 있어서, 기체를 중합체 수지와 혼합하기 전에 초임계 기체로 변환시키는 방법.
제48항에 있어서, 기체를 중합체 수지와 혼합한 후에 초임계 기체로 변환시키는 방법.
제50항에 있어서, 기체가 이산화탄소이고, 온도가 150℃ 내지 250℃이고, 압력이 7㎫ 내지 35㎫인 방법.
제48항에 있어서, 중합체 시이트로의 압출, 다층 시이트의 공압출, 사출성형, 압축성형, 취입성형, 취입 필름, 다층 취입 필름, 주조성형 필름, 열성형 및 적층화로 이루어진 군에서 선택되는 기법을 사용하여 단일상 용액으로부터 연마 패드를 형성하는 방법.