KR101109211B1 - 배향된 포아 구조를 갖는 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 바디, 연마면, 및 다수의 긴 포아를 포함하는 화학 기계적 연마용 연마 패드를 제공하며, 여기서 상기 긴 포아의 10% 이상이 2:1 이상의 종횡비를 가지고 연마면과 동일평면상의 방향으로 실질적으로 배향된다. 본 발명은 기판의 연마 방법을 더 포함한다.
화학 기계적 연마, 종횡비, 배향된 포아, 연마 패드

Description

배향된 포아 구조를 갖는 연마 패드{POLISHING PAD WITH ORIENTED PORE STRUCTURE}
본 발명은 화학 기계적 연마용 연마 패드에 관한 것이다.
화학 기계적 연마 ("CMP") 방법은 반도체 웨이퍼, 필드 이미션 디스플레이 및 다수의 기타 마이크로엘렉트로닉 기판 상에 편평한 표면을 형성하기 위해 마이크로엘렉트로닉 소자의 제조에 사용된다. 예컨대, 반도체 소자의 제조는 일반적으로, 반도체 웨이퍼를 형성하기 위하여 다양한 프로세스 층의 형성, 이들 층 일부의 선택적 제거 또는 패터닝, 및 반도체 기판의 표면위에 추가의 프로세스 층의 증착을 포함한다. 상기 프로세스 층으로는, 예컨대, 절연층, 게이트 산화물 층, 전도 층, 및 금속 또는 글래스 층 등이 포함된다. 일반적으로 웨이퍼 공정의 특정 단계에서 프로세스 층의 가장 윗면이 평면, 즉 편평한 것이 이후의 층의 증착을 위해 바람직하다. CMP는 프로세스 층을 평탄화하기 위해 사용되며, 여기서 전도성 또는 절연성 물질과 같은 증착된 물질은 연마되어 이후의 공정 단계를 위해 웨이퍼를 평탄화한다.
전형적인 CMP 공정에서, 웨이퍼는 CMP 툴에서 캐리어상에 윗쪽에서 아래로 마운트된다. 연마 패드를 향해 아래방향으로 상기 캐리어 및 웨이퍼에 힘이 가해 진다. 상기 캐리어 및 웨이퍼는 CMP 툴의 연마 테이블상에서 회전하는 연마 패드 위에서 회전된다. 연마 조성물 (연마 슬러리라고도 지칭됨)은 일반적으로 연마 공정동안 상기 회전하는 웨이퍼와 회전하는 연마패드사이에 도입된다. 연마 조성물은 통상적으로 최상 웨이퍼층(들)의 일부를 용해시키거나 상호작용하는 화학 물질 및 상기 층(들)의 일부를 물리적으로 제거하는 연마재 물질을 함유한다. 상기 웨이퍼 및 연마 패드는 동일 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있으며, 어느 경우에도 수행되는 특정 연마 공정에 대해 바람직하다. 상기 캐리어는 또한 연마 테이블 상에 연마 패드에 걸쳐 진동될 수 있다.
화학 기계적 연마 공정에 사용되는 연마 패드는, 연성 및 경성 패드 물질 모두를 사용하여 제조되며, 이는 중합체-함침된 직물, 미세기공성 필름, 다공성 중합체 포옴, 비다공성 중합체 시트 및 소결된 열가소성 입자를 포함한다. 비다공성 연마 패드는 다양한 기판의 연마에 사용하는데 바람직할 수 있으나, 비다공성 연마 패드는 통상적으로 연마면을 가지고, 이는 슬러리 입자를 전달하기 위한 고유 능력을 가지지 않는다 (예컨대, 미국 특허 5,489,233 및 6,203,407 참조). 따라서, 이들 고체 연마 패드는 화학 기계적 연마 동안 슬러리의 통과를 위한 채널을 제공하기 위해 패드의 표면으로 절단 또는 성형되는 대형 및(또는) 소형 홈으로 개질되어야 한다. 예컨대, 미국 특허 6,022,268, 6,217,434, 및 6,287,185는, 연마면을 고체화할 때 형성되는 10 ㎛ 이하 치수의 미세침식 (miroaspersity), 및 커팅에 의해 형성된 25 ㎛ 이상 치수의 주요 결함 (매크로텍스처)을 포함하는 랜덤 표면 국소학을 갖는다고 하는 연마면을 포함하는 고체 연마패드를 개시한다.
다공성 연마 패드는 통상적으로 슬러리를 흡수 및(또는) 전달할 수 있는 고유 표면 텍스처를 가진다. 따라서, 다공성 연마 패드는 빈번히 연마 패드의 표면상에 홈을 형성시킬 필요 없이 연마에 사용될 수 있다. 다공성 연마 패드는 폐쇄형 셀 포아 또는 개방형 셀 포아를 함유할 수 있다. 통상적으로, 포아는 구형 또는 대략 구형 포아이지만, 몇 연마 패드는 연마 패드의 면에 수직으로 배향된 긴 포아를 포함한다 (예컨대, 미국 특허 4,841,680 참조). 다공성 연마 패드가 비용 및 단순성 면에서 고체 연마 패드에 대해 많은 장점을 제공하기는 하지만, 다공성 연마 패드는 빈번히 특정 연마 응용에 대한 가장 바람직한 물리적 특성 (예컨대, 경도, 저압축율)을 가지지는 않는다.
따라서, 만족할 만한 연마 효율 및 연마 패드를 가로지르는 및(또는) 연마 패드내의 슬러리 흐름을 갖는 효과적인 평탄화를 제공할 수 있고, 저비용 제조 방법을 사용하여 제조될 수 있으며, 사용 전에 상태조절이 필요하지 않거나 거의 필요하지 않는 연마 패드에 대한 요구가 남아있다. 본 발명은 그러한 연마 패드를 제공한다. 본 발명의 이들 및 기타 장점은, 추가적인 기술적 특징뿐만 아니라, 본원에 제공된 본 발명의 기재로부터 명확할 것이다.
본 발명의 요약
본 발명은 바디, 연마면 및 다수의 긴 포아를 포함하며, 여기서 상기 긴 포아의 10% 이상이 2:1 이상의 종횡비를 가지고 연마면과 동일평면상의 방향으로 실질적으로 배향된 것인 화학 기계적 연마용 연마 패드를 제공한다. 본 발명은 또한, (i) 연마될 기판을 제공하는 단계; (ii) 상기 기판과, 본 발명의 연마 패드 및 연마 조성물을 포함하는 연마 시스템과 접촉시키는 단계; 및 (iii) 기판의 적어도 일부분을 연마 시스템으로 연삭하여 기판을 연마시키는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법을 더 제공한다.
도 1은 본 발명의 연마 패드의 일부의 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지이다.
본 발명의 상세한 기재
본 발명의 연마 패드는 화학 기계적 연마에 사용하기 위해 의도된다. 연마 패드는 바디, 연마면 및 다수의 긴 포아를 포함하며, 여기서 상기 긴 포아는 2:1 이상의 종횡비를 가진다. 상기 연마면은 또한 본원에 상부 표면으로도 지칭되고, 연마면 맞은편의 연마패드 측은 기저면으로 지칭된다. 포아의 약 10% 이상이 2:1 이상 (예컨대, 3:1 이상, 5:1 이상, 10:1 이상, 또는 20:1 이상)의 종횡비를 가진다. 바람직하게는 20% 이상 (예컨대, 30% 이상, 40% 이상, 또는 50% 이상)의 포아가 2:1 이상 (예컨대, 3:1 이상, 5:1 이상, 10:1 이상, 또는 20:1 이상)의 종횡비를 가진다. 바람직하게는 60% 이상 (예컨대, 70% 이상, 80% 이상, 또는 90% 이상)의 포아가 2:1 이상 (예컨대, 3:1 이상, 5:1 이상, 10:1 이상, 또는 20:1 이상)의 종횡비를 가진다.
상기 긴 포아는 연마 패드의 연마면과 동일평면상의 방향으로 실질적으로 배향된다. 바람직하게는 50% 이상 (예컨대, 60% 이상, 또는 70% 이상)의 상기 긴 포아가 연마면과 동일평면상의 방향으로 실질적으로 배향된다. 더욱 바람직하게는, 80% 이상 (예컨대, 90% 이상)의 상기 긴 포아가 연마면과 동일평면상의 방향으로 실질적으로 배향된다. 상기 긴 포아는 바람직하게는 연마면의 평면의 ±20°이내 (예컨대 ±10°, ±5°)인 방향으로 배향된다.
상기 실질적으로 배향된 포아는 연마 패드의 임의의 부분에 존재할 수 있다. 예컨대, 상기 실질적으로 배향된 포아는 연마 패드의 바디를 통해, 연마 패드의 상측 부분내에 (즉, 연마면과 가까운 부분), 연마 패드의 하측 부분 (즉, 연마면으로부터는 좀더 멀리 떨어지고 반대 기저면에 더 가까운 부분)내에, 또는 연마 패드의 상측 및 하측 부분 모두내에 (예컨대 연마 패드의 비다공성 중간 부분과 결합하여) 존재할 수 있다. 통상적으로, 상기 실질적으로 배향된 포아는 연마 패드의 바디 두께 (즉, 연마 패드의 연마면과 기저면사이의 거리)의 상측 10% 이상 (예컨대, 상측 20% 이상, 또는 상측 30% 이상)에 존재한다.
상기 실질적으로 배향된 포아가 연마 패드의 상측 부분에 존재할 때, 상기 긴 포아는 또한 연마 패드의 연마면상에 존재할 것이다. 따라서, 상기 실질적으로 배향된 긴 포아는 연마 패드의 연마면을 가로질러 연마 슬러리의 전달을 촉진시키기 위한 홈으로서 기능할 수 있다. 고유한 홈-형 표면 텍스처의 존재는 외부 수단에 의해 연마면상으로 홈 (예컨대, 매크로홈 및(또는) 마이크로홈)을 도입시킬 필요는 감소 또는 심지어 제거할 수 있다. 상기 실질적으로 배향된 포아는 또한 연마 패드의 두께 전체에 걸쳐 존재할 수도 있다. 따라서, 연마 패드의 상부 표면이 연마 동안 마모됨에 따라, 상기 홈 패턴은 연속적으로 갱생될 수 있다.
상기 연마 패드는 임의로 연마면과 동일평면상의 방향으로 실질적으로 배향되거나 또는 배향되지 않을 수 있는 2:1 이하의 종횡비를 갖는 다수의 2차 포아를 더 포함한다. 바람직하게는 그러한 2차 포아는 연마면과 동일평면상인 방향으로 실질적으로 배향되지 않는다. 그러한 포아는 구형 또는 대략 구형일 것이다. 상기 2차 포아는 상기 긴 포아와 혼합될 수 있거나, 긴 포아와 다른 연마 패드의 별도 구역에 있을 수 있다. 예컨대, 상기 긴 포아는 연마 패드의 상측 10 내지 30%에 존재할 수 있으며, 다수의 2차 포아가 연마 패드의 하측 90% 내지 70%에 존재할 수 있다. 일 실시태양에서, 상기 긴 포아는 연마 패드의 상측 10%에 존재하고, 상기 2차 포아는 연마 패드의 하측 50%에 존재한다. 그러한 연마 패드는 2차 포아를 포함하는 다공성 하측 "서브패드"층 및 표면상에 홈-형 긴 포아구조를 갖는 고체 상측 연마층을 갖는 다층 연마 패드로서 기능할 수 있다.
연마 패드는, 임의의 적절한 물질, 통상적으로는 중합체 수지를 포함, 필수적으로 포함, 또는 그로 이루어질 수 있다. 상기 중합체 수지는 임의의 적절한 중합체 수지일 수 있다. 바람직하게는, 상기 중합체 수지는, 폴리우레탄, 가교된 폴리우레탄, 폴리올레핀 (예컨대, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클릭 폴리올레핀), 가교된 폴리올레핀, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴산, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리아크릴아미드, 나일론, 플루오로중합체, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에 테르케톤, 엘라스토머 고무, 폴리아로매틱스, 이들의 공중합체 및 블록 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군에서 선택되는 열가소성 엘라스토머 중합체수지이다. 더욱 바람직하게는 상기 중합체 수지는 열가소성 폴리우레탄 수지이다.
연마 패드는 임의의 적절한 밀도 및 임의의 적절한 공동률을 가질 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 패드는, 중합체 수지의 최대 이론 밀도의 50% 이상 (예컨대, 60% 이상, 70% 이상, 또는 80% 이상)인 밀도를 갖는다. 따라서, 상기 연마 패드는 통상적으로 50% 이하 (예컨대, 40% 이하, 30% 이하, 또는 20% 이하)의 공동률을 갖는다. 바람직하게는 상기 공동률은 2% 이상 (예컨대 5% 이상, 10% 이상 또는 15 % 이상)이다.
연마 패드의 연마면은 임의로 홈, 채널 및(또는) 천공을 더 포함하며, 이는 연마 패드의 표면에 걸쳐 연마 조성물의 측면 전달을 더 촉진한다. 그러한 홈, 채널 또는 천공은 임의의 적절한 패턴일 수 있으며, 임의의 적절한 깊이 및 폭을 가질 수 있다. 상기 연마 패드는 2종 이상의 상이한 홈 패턴, 예컨대 대형 홈 및 소형 홈의 조합 (미국 특허 5,489,233에 기재됨)을 가질 수 있다. 상기 홈은 경사진 홈, 동심 홈, 나선 또는 원형 홈, 또는 XY 그물 패턴의 홈형태일 수 있고, 연결성에 있어 연속적 또는 비연속적일 수 있다.
연마 패드의 연마면은 임의로 상이한 밀도, 다공성, 경도, 탄성율, 및(또는) 압축률의 구역을 더 포함한다. 상이한 구역은 임의의 적절한 형상 또는 치수를 가질 수 있다. 통상적으로, 대조되는 밀도, 다공성, 경도 및(또는) 압축률의 구역 은, 엑스-시투 공정(즉, 연마 패드가 형성된 후) 에 의해 연마 패드상에 형성된다.
연마 패드는 임의로 하나 이상의 개구, 투명 구역, 또는 반투명 구역 (예컨대, 미국 특허 5,893,796에 기재된 것과 같은 윈도우)을 더 포함한다. 그러한 개구 또는 반투명 구역의 포함은, 연마 패드가 인-시투 CMP 공정 모니터링 기술과 함께 사용될 때 바람직하다. 상기 개구는 임의의 적절한 형상을 가질 수 있으며, 연마면상에 과량의 연마 조성물을 최소화 또는 제거하기 위한 배수 채널과 함께 사용될 수 있다. 상기 반투명 구역 또는 윈도우는 임의의 적절한 윈도우일 수 있으며, 이들 중 다수는 당업계에 공지되어 있다. 예컨대, 상기 반투명 구역은 연마 패드의 개구에 삽입되는 글래스 또는 중합체계 플러그를 포함할 수 있거나 또는 연마 패드의 나머지에 사용되는 동일한 중합체 물질을 포함할 수 있다. 통상적으로, 상기 반투명 구역은 200 내지 10,000 nm (예컨대, 200 내지 1,000 nm, 또는 200 내지 780 nm)의 범위에서 하나 이상의 파장에서 10% 이상 (예컨대, 20% 이상, 또는 30% 이상)의 광투과율을 가진다.
본 발명의 연마 패드는 임의의 적절한 방법에 의해 제조될 수 있다. 통상적으로, 상기 연마 패드는 중합체 수지의 압출에 의해 제조된다. 일실시태양에서, 배향된 포아 구조는, 트랩된 기체 버블 (예컨대 공기 버블)을 함유하는 중합체 입자 (또는 펠렛 또는 박편)의 압출에 의해 제조된다. 그러한 중합체 입자는 트랩된 기체 버블을 함유하는 중합체 케이크로부터, 상기 중합체 케이크를 작은 조각으로 절단한 후 상기 조각들을 입자로 분말화시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 기체 버블-함유 중합체 케이크는, 기체가 도입된 중합체 반응 혼합물 (예컨대, 디이소시 아네이트 경성 세그멘트, 폴리올 연성 세그멘트, 및 디올 사슬 연장제를 포함하는 폴리우레탄 반응 혼합물)로부터 제조될 수 있다. 상기 기체는 임의의 적절한 기체일 수 있으며, 바람직하게는 공기이다. 중합체 반응 혼합물로 도입되는 기체의 양은 임의의 적절한 양일 수 있다. 예컨대, 반응 혼합물로 도입된 기체의 양은 10 내지 50 부피%일 수 있다. 중합체 형성동안, 반응 혼합물의 점도는 기체가 중합체 혼합물 및 얻어지는 중합체 케이크에 트랩되도록 증가한다. 바람직하게는, 상기 반응 혼합물은 중합체 형성동안 고속으로 교반되어 기체의 트랩화를 최적화한다. 상기 중합체 케이크는 바람직하게는 10 내지 50 부피% 기체 버블을 포함한다. 통상적인 압출 방법과는 달리, 기체 버블-함유 펠렛 또는 입자는 바람직하게는 중합체 시트로 압출되기 전에 중합체 펠렛으로 압출(압출 공정에서 통상적으로 수행됨)되지 않으며, 이는 예비 압출 단계가 중합체 입자로부터 트랩된 기체 버블의 방출을 야기할 수 있기 때문이다.
기체 버블-함유 중합체 케이크로부터 형성된 중합체 입자는 긴 배향된 포아를 함유하는 중합체 시트로, 조심스럽게 조절된 압출 조건하에서 중합체 입자를 압출시킴으로써 전환될 수 있다. 온도 및 압력과 같은 압출 파라메터는 조심스럽게 조절되어 트랩된 기체 버블의 조숙한 방출을 방지하여야 한다. 물론 특정 압출 조건은 부분적으로 압출되는 중합체 수지의 타입 및 원하는 포아 배향 정도에 따라 좌우될 것이다.
또다른 실시태양에서, 본 발명의 연마 패드는 기체를 배향된 중합체 구조를 갖는 중합체 시트로 가함으로써 제조된다. 배향된 중합체 구조를 갖는 중합체 시 트는 긴 이완시간을 갖는 고분자량 중합체의 압출에 의해 제조될 수 있다. 중합체 시트가 제조되면, 상기 중합체 시트는, 중합체 시트를 포옴화하는 가압화 기체 주입 공정을 거칠 수 있다. 상기 가압화 기체 주입 공정은 고온 및 고압을 사용하여 비정질 중합체 수지를 포함하는 중합체 시트로 초임계 유체 기체를 가하는 것을 포함한다. 상기 중합체 수지는 상기한 임의의 중합체 수지일 수 있다. 압출된 중합체 시트는 압력 용기로 실온에서 위치시킨다. 초임계 기체 (예컨대, N2 또는 CO2)가 용기에 첨가되고, 상기 용기는 중합체 시트의 자유 부피로 적절한 양의 기체가 가해지기에 충분한 수준으로 가압화된다. 중합체에 용해된 기체의 양은 헨리의 법칙에 따라 가해진 압력에 직접 비례한다. 중합체 시트의 온도가 증가하면, 기체의 중합체로의 확산 속도가 증가하나, 중합체 시트 중 용해될 수 있는 기체의 양은 감소한다. 기체가 충분히 중합체 중에 포화되면, 상기 시트는 가압화 용기로부터 제거된다. 바람직한 경우 중합체 시트는, 셀 핵화 및 성장을 촉진하기 위해 필요한 경우 재빨리 연화된 또는 용융된 상태로 가열될 수 있다. 미국 특허 5,182,307 및 5,684,055는 가압화 기체 주입 공정의 이들 특징 및 부가적인 특징을 기재하고 있다.
또다른 실시태양에서, 본 발명의 연마 패드는 우선 트랩된 기체를 함유하는 중합체 입자로부터 압출되어 배향된 긴 포아를 갖는 중합체 시트를 형성하고, 이어서 상기한 포옴화 공정을 거쳐 배향된 긴 포아와 2:1 이하의 종횡비를 갖는 2차 포아의 조합을 갖는 연마 패드를 제조할 수 있다.
중합체 수지의 선택은, 부분적으로, 중합체 수지의 레올로지에 따라 좌우될 것이다. 레올로지는 중합체 멜트의 유체 거동이다. 뉴토니안 유체에 대해, 상기 점도는 전단 응력 (즉, 접선 응력, σ)과 전단속도 (즉, 속도 구배, dγ/dt)사이의 비에 의해 정의되는 상수이다. 그러나, 비뉴토니안 유체에 대해서는, 전단속도 농후화 (dilatent) 또는 전단속도 박화 (유사-가소성)이 일어날 수 있다. 전단속도 박화의 경우에는, 점도는 전단속도가 증가함에 따라 감소한다. 중합체 수지가 멜트 제조 (예컨대, 압출, 사출 성형) 공정에 사용되게 하는 것이 이 특성이다. 전단속도 박화의 임계 구역을 확인하기 위해, 중합체 수지의 레올로지가 결정되어야 한다. 상기 레올로지는 모세관 기술에 의해 결정될 수 있는데, 여기서 용융된 중합체 수지가 특정 길이의 모세관을 통해 고정된 압력하에서 밀어넣어진다. 상이한 온도에서의 외견 전단속도 대 점도를 플롯함으로써, 점도와 온도사이의 관계를 결정할 수 있다. 레올로지 프로세싱 인덱스 (RPI)는 중합체 수지의 임계 범위를 확인하는 파라메터이다. 상기 RPI는 고정된 전단속도에 대한 기준 온도에서의 점도 대 20 ℃와 동일한 온도에서의 변화 후의 점도에 대한 비율이다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄일 때, 상기 RPI는 205 ℃의 온도 및 150 l/s의 전단 속도로 측정될 때 바람직하게는 2 내지 10 (예컨대, 3 내지 8)이다. 바람직하게는, 상기 중합체 수지는 18.6 s-1의 전단속도, 210 ℃의 온도에서 700 Pa-s 이상 (예컨대, 1000 Pa-s 이상, 1500 Pa-s 이상, 2000 Pa-s 이상, 또는 2500 Pa-s 이상)의 점도를 가진다.
또다른 중합체 점도 측정은 멜트 유동 인덱스 (MFI)이며, 이는 고정된 시간에 걸쳐 주어진 온도 및 압력에서 모세관으로부터 압출되는 용융된 중합체의 양 (g)을 기록한다. 예컨대, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체 (예컨대, 폴리카르보네이트 실리콘계 공중합체, 폴리우레탄 불소계 공중합체 또는 폴리우레탄 실록산-세그멘트화 공중합체)일 때, MFI는 바람직하게는 210 ℃의 온도, 2160 g의 하중에서 10분에 걸쳐 40 이하 (예컨대, 30 이하, 또는 20 이하)이다. 중합체 수지가 열가소성 엘라스토머 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체 (예컨대, 엘라스토머 또는 정상 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-헥센, 에틸렌-옥텐 등과 같은 에틸렌 α-올레핀을 포함하는 공중합체, 메탈로센계 촉매로부터 제조된 엘라스토머 에틸렌 공중합체, 또는 폴리 프로필렌 스티렌 공중합체)일 때, 바람직하게는 MFI는 2160 g의 하중, 210 ℃의 온도에서 10분에 걸쳐 5 이하 (예컨대, 4 이하)이다. 상기 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트인 경우, 상기 MFI는 바람직하게는 2160 g의 하중, 210 ℃의 온도에서 10분에 걸쳐 8 이하 (예컨대, 5 이하)이다.
중합체 수지의 레올로지는 중합체 수지의 분자량, 다분산도 (PDI), 장쇄 분지도 또는 가교의 정도, 유리 전이 온도 (Tg), 및 용융 온도(Tm)에 좌우될 수 있다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체 (예컨대, 상기한 공중합체)인 경우, 중량평균 분자량 (Mw)은 통상적으로 100,000 g/mol 이상 (예컨대, 200,000 g/mol 이상, 또는 300,000 g/mol 이상)이며 PDI는 1.1 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4이다. 통상적으로, 열가소성 폴리우레탄은 20 내지 110 ℃의 유 리 전이온도를 가지고 120 내지 250 ℃의 용융 전이 온도를 갖는다. 중합체 수지가 엘라스토머 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체 (예컨대 상기한 공중합체)일 경우, 중량 평균 분자량 (Mw)는 통상적으로, 100,000 내지 400,000 g/mol, 바람직하게는 150,000 내지 300,000 g/mol이며, PDI는 1.1 내지 12, 바람직하게는 2 내지 10이다. 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트일 때, 중량평균 분자량 (Mw)는 통상적으로 50,000 내지 150,000 g/mol, 바람직하게는 70,000 g/mol 내지 100,000 g/mol이며, PDI는 1.1 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4이다.
다공성 포옴을 위해 선택된 중합체 수지는 바람직하게는 특정 기계적 성질을 가진다. 예컨대, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 경우, 굴곡 탄성율 (ASTM D790)은 바람직하게는 500 내지 1500 MPa이고, 평균 압축율(%)은 7 이하, 평균 반동성(%)은 35 이상, 및 쇼아 D 경도 (ASTM D2240-95)는 40 내지 90 (예컨대, 50 내지 80)이다. 바람직하게는, 연마 패드의 상부 표면은 1 내지 3 미크론 Ra의 표면 조도를 가진다.
연마 패드는 특히 화학 기계적 연마 ("CMP") 장치와 함께 사용되기에 적합하다. 통상적으로, 상기 장치는 연마판 (사용시 이동하고 궤도, 선형 또는 원형 이동으로부터 야기되는 속도를 갖음), 상기 연마판과 접촉되고 동작시 연마판과 함께 이동하는 본 발명의 연마 패드, 및 연마될 기판을 접촉에 의해 고정하고 연마 패드의 표면에 대해 이동하여 연마될 기판에 접촉하도록 하는 캐리어를 포함한다. 상기 기판의 연마는 기판을 연마 패드와 접촉되게 위치하고, 이어서 연마 패드를 기판에 대해 이동시켜 (통상적으로 연마 조성물이 그 사이에 있음) 기판의 적어도 일 부가 연삭되어 기판을 연마함으로써 발생한다. 상기 CMP 장치는, 그중 다수가 당업계에 공지된 임의의 적절한 CMP 장치일 수 있다. 본 발명의 연마 패드도 또한 선형 연마 툴과 함께 사용될 수 있다.
연마 패드는 단독으로 사용되거나 또는 임의로 연마 서브패드와 짝지어질 수 있다. 상기 서브패드는 임의의 적절한 서브패드일 수 있다. 적절한 서브패드로는, 폴리우레탄 포옴 서브패드 (예컨대, 로저스 코포레이션에서 시판중인 포론(등록상표) 포옴 서브패드), 함침된 펠트 서브패드, 미세다공성 폴리우레탄 서브패드, 또는 소결된 우레탄 서브패드가 포함된다. 상기 서브패드는 통상적으로 본 발명의 연마 패드보다 더 연성이고 따라서 더 압축성이며, 본 발명의 연마 패드보다 낮은 쇼아 경도값을 갖는다. 예컨대, 서브패드는 35 내지 50의 쇼아 A 경도를 가질 수 있다. 몇 실시태양에서, 상기 서브패드는 연마패드보다 더 경성이고 덜 압축성이고 더 높은 쇼아 경도를 가질 수 있다. 상기 서브패드는 임의로 홈, 채널, 공동 섹션, 윈도우, 개구 등을 포함한다. 서브 패드는 임의의 적절한 수단에 의해 연마 층에 고정될 수 있다. 예컨대, 연마 층 및 서브패드는 접착제를 통해 고정되거나 용접 또는 유사한 기술을 통해 부착될 수 있다. 통상적으로, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 같은 중간 백킹층은 연마 패드와 서브 패드사이에 배치된다.
본 발명의 연마 패드는 많은 타입의 기판 (예컨대, 웨이퍼) 및 기판 재료의 연마 방법에 사용하기 적절하다. 상기 방법은, i) 연마될 기판을 제공하는 단계; (ii) 상기 기판과, 본 발명의 연마 패드 및 연마 조성물을 포함하는 연마 시스템과 접촉시키는 단계; 및 (iii) 기판의 적어도 일부분을 연마 시스템으로 연삭하여 기 판을 연마시키는 단계를 포함한다. 적절한 기판으로는, 메모리 저장 소자, 글래스 기판, 메모리 또는 경성 디스크, 금속 (예컨대, 귀금속), 자기 헤드, 층간 절연 (ILD) 층, 중합체 필름, 저 및 고유전상수 필름, 강유전체, 마이크로-엘렉트로-미캐니칼 시스템 (MEMS), 반도체 웨이퍼, 필드 이미션 디스플레이, 및 기타 마이크로엘렉트로닉 기판, 특히 절연층 (예컨대, 금속산화물, 실리콘 질화물, 또는 저유전물질) 및(또는) 금속함유 층 (예컨대, 구리, 탄탈륨, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐, 이들의 알로이 및 이들의 혼합물)을 포함하는 마이크로엘렉트로닉 기판이 포함된다. 용어 "메모리 또는 경성 디스크"는 전자기 형태로 정보를 보존하기 위한 임의의 자기 디스크, 하드 디스크, 경성 디스크 또는 메모리 디스크를 지칭한다. 메모리 또는 경성 디스크는 통상적으로 니켈-인을 포함하는 표면을 가지나, 상기 표면은 임의의 기타 적절한 재료를 포함할 수 있다. 적절한 금속산화물 절연층으로는, 예컨대, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아 및 이들의 조합을 포함한다. 또한, 상기 기판은 임의의 적절한 금속 복합체를 포함, 필수적으로 포함, 또는 그로 이루어질 수 있다. 적절한 금속 복합체로는, 예컨대, 금속 질화물 (예컨대, 탄탈륨 질화물, 티타늄 질화물, 및 텅스텐 질화물), 금속 카바이드 (예컨대, 실리콘 카바이드 및 텅스텐 카바이드), 니켈-인, 알루미노-보로실리케이트, 보로실리케이트 글래스, 포스포실리케이트 글래스(PSG), 보로포스포실리케이트 글래스 (BPSG), 실리콘/게르마늄 알로이, 및 실리콘/게르마늄/탄소 알로이가 포함된다. 상기 기판은 또한 임의의 적절한 반도체 베이스 재료를 포함, 필수적으로 포함, 또는 그로 이루어질 수 있 다. 적절한 반도체 베이스 재료로는, 단결정 실리콘, 폴리-결정성 실리콘, 비정질 실리콘, 실리콘-온-절연체, 및 갈륨 아르세나이드가 포함된다.
연마 조성물은 액체 캐리어 (예컨대, 물) 및 임의로 연마재 (예컨대, 알루미나, 실리카, 티타니아, 세리아, 지르코니아, 게르마니아, 마그네시아, 및 이들의 조합), 산화제 (예컨대, 과산화수소 및 암모늄 퍼술페이트), 부식 억제제 (예컨대, 벤조트리아졸), 필름 형성제 (예컨대, 폴리아크릴산 및 폴리스티렌술폰산), 착물화제 (예컨대, 모노-, 디-, 및 폴리-카르복실산, 포스폰산, 및 술폰산), pH 조절제 (예컨대 , 염산, 황산, 인산, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 및 수산화 암모늄), 버퍼링제 (예컨대, 포스페이트 버퍼, 아세테이트 버퍼, 및 술페이트 버퍼), 계면활성제 (예컨대, 비이온성 계면활성제), 이들의 염, 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 첨가제를 포함한다. 상기 연마 조성물의 성분의 선택은 연마되는 기판의 타입에 부분적으로 좌우된다.
본 실시예는 본 발명을 더 상술하지만, 물론 그 범주를 한정하는 어떤 방식으로 해석되어서는 안된다. 특히, 본 실시예는, 배향된 포아를 함유하는 본 발명의 연마 패드의 제조 방법을 기술한다.
열가소성 폴리우레탄은 메틸디페닐디이소시아네이트와 폴리올 및 1,4-부탄디올의 반응을 포함하는 배치 공정에 의해 제조된다. 중합체 합성 동안, 공기 (35 부피%)를 중합체 반응 혼합물로 도입하였다. 중합체 반응 혼합물의 점도가 중합체 형성으로 인해 증가됨에 따라, 공기 (25부피%)가 중합체 케이크안에 트랩되었다. 상기 중합체 케이크를 작은 조각으로 절단하고, 해머를 사용하여 입자 (또는 박편)으로 전환하였다. 열가소성 폴리우레탄 입자의 물리적 특성은 표 1에 주어져 있으며, 여기서 DMA, DSC, 및 GPC는 각각 동적 기계 분석 (Dynamic Mechanical Analysis), 시차 주사 열량계 (Differential Scanning Calorimetry), 및 겔 투과 크로마토그래피(Gel Permeation Chromatography)를 지칭한다.
쇼아 D 경도 75 D
밀도 0.86 g/cm3
피크 Tg(DMA) 56 ℃
Tm 범위 (DSC) 120-180 ℃
멜트 유동 지수, 210 ℃ 1.6 g/10 분
Mw (GPC) 175,000 g/mol
Mn (GPC) 65,000 g/mol
Mw/Mn (PDI) 2.7
RPI @ 전단속도 150 l/s, 기준온도 205 ℃ 2 8
굴곡 탄성율 1241 MPa
영 탄성율, 25 ℃ 814 MPa
최종 인장 강도 53 MPa
최종 신율 355%
열가소성 폴리우레탄 입자는 이어서 압출기로 위치시키고, 표 2에 기재된 조건하에서 압출시켰다.
존 1 온도 175 ℃
존 2 온도 191 ℃
존 3 온도 196 ℃
존 4 온도 204 ℃
존 5 온도 191 ℃
다이 1 온도 193 ℃
다이 2 온도 194 ℃
멜트 온도 213 ℃
다이 압력 7.72 MPa
스크루 속도 20 rpm
얻어진 압출된 중합체 시트의 물리적 특성이 표 3에 주어져 있다. 배향된 포아를 나타내는 중합체 시트의 SEM 이미지가 표 1에 도시되어 있다.
두께 ~1320 ㎛
밀도 1.16 g/cm3
쇼아 A 경도 95.6
피크 응력 39 MPa
평균 포아 크기 55 m x 25 pm
0.031 MPa에서 % 압축율 2.9±1.8 %
0.031 MPa에서 % 반동성 44.4±4 %
굴곡 탄성율 1241 MPa
평균 표면 조도 1.8±0.3 ㎛ Ra
공기 투과도 없음
Tg (DMA) 55 ℃
Tm 범위 (DSC) 120-180 ℃
타버 마모 44 mg/1000 사이클
최종 인장 강도 53 MPa
최종 신율 355±35%
본 실시예는, 실질적으로 배향된 긴 포아를 포함하는 연마 패드가 온화한 조건하에서 트랩된 기체 버블을 포함하는 중합체 입자의 압출에 의해 제조될 수 있다는 것을 나타낸다.

Claims (18)

  1. 바디, 연마면 및 다수의 포아를 포함하며, 여기서 상기 포아의 10% 이상은 3:1 이상의 종횡비를 가지고 연마면의 평면의 ±20°이내인 방향으로 배향되는 긴 포아이고, 나머지 포아는, 존재하는 경우, 2:1 이하의 종횡비를 가지고 연마면의 평면의 ±20°이내인 방향으로 배향되지 않는 2차 포아인, 화학 기계적 연마용 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 상기 포아의 10% 이상이 5:1 이상의 종횡비를 갖는 긴 포아인 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서, 상기 포아의 50% 이상이 3:1 이상의 종횡비를 갖는 긴 포아인 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드의 바디가 상기 연마면과 상기 연마 패드의 기저면 사이의 거리에 의해 정의되는 두께를 가지고, 상기 긴 포아가 연마 패드의 연마면으로부터, 바디 두께의 상측 20% 내지 50%까지의 영역에 존재하는 것인 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서, 중합체 수지를 포함하는 연마 패드.
  6. 제5항에 있어서, 상기 중합체 수지가, 폴리우레탄, 폴리비닐알코올, 폴리비닐아세테이트, 폴리카르보네이트, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리올레핀, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 나일론, 플루오로카본, 폴리에스테르, 폴리에테르, 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에테르에테르케톤, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 열가소성 엘라스토머 중합체 수지인 연마 패드.
  7. 제6항에 있어서, 상기 열가소성 엘라스토머 중합체 수지가 폴리우레탄 수지인 연마 패드.
  8. 제5항에 있어서, 상기 중합체 수지가 210 ℃의 온도, 18.6 s-1의 전단속도에서 700 Pa-s 이상의 점도를 갖는 것인 연마 패드.
  9. 제5항에 있어서, 중합체 수지의 최대 이론 밀도의 70% 이상인 밀도를 갖는 연마 패드.
  10. 제1항에 있어서, 2% 이상 50% 이하의 공동률을 갖는 연마 패드.
  11. 제10항에 있어서, 5% 이상 30% 이하의 공동률을 갖는 연마 패드.
  12. 제1항에 있어서, 연마 서브패드와 짝지워진 연마층인 연마 패드.
  13. 제1항에 있어서, 200 내지 10,000 nm의 파장에서 10% 이상의 광투과율을 갖는 하나 이상의 구역을 더 포함하는 연마 패드.
  14. 제1항에 있어서, 상기 연마면이 1 내지 3 미크론 Ra의 표면 조도를 갖는 것인 연마 패드.
  15. (i) 연마될 기판을 제공하는 단계;
    (ii) 상기 기판을, 제1항의 연마 패드 및 연마 조성물을 포함하는 연마 시스템과 접촉시키는 단계; 및
    (iii) 기판의 적어도 일부분을 연마 시스템으로 연삭하여 기판을 연마시키는 단계
    를 포함하는 기판의 연마 방법.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
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