KR101109324B1 - 미세다공성 영역을 갖는 연마 패드 - Google Patents

미세다공성 영역을 갖는 연마 패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 동일한 중합체 조성을 갖고 영역간의 전이가 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는 2개 이상의 인접 영역을 포함하는 중합체 물질을 포함하는 화학-기계 연마용 연마 패드를 제공한다. 제1 실시양태에서, 제1 영역 및 제1 영역에 인접한 제2 영역은 각각 0이 아닌 제1 공극 부피 및 제2 공극 부피를 갖고, 여기서 제1 공극 부피는 제2 공극 부피보다 작다. 제2 실시양태에서, 제1 비다공성 영역은 제2 인접 다공성 영역에 인접하고, 여기서 제2 영역의 평균 기공 크기는 50 ㎛ 이하이다. 제3 실시양태에서, 광학적으로 투과성인 영역, 제1 다공성 영역 및 임의의 제2 다공성 영역 중 2개 이상은 인접되어 있다. 또한 본 발명은, 연마 패드의 사용을 포함하는 기판의 연마 방법 및 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.
화학-기계 연마용 연마 패드, 미세다공성 영역

Description

미세다공성 영역을 갖는 연마 패드 {POLISHING PAD WITH MICROPOROUS REGIONS}
본 발명은 화학-기계 연마용 연마 패드에 관한 것이다.
화학-기계 연마 ("CMP") 방법은 마이크로전자 장치의 제조에서 반도체 웨이퍼, 전계 방출 디스플레이 및 많은 다른 마이크로전자 기판 상에 편평한 표면을 형성하기 위해 사용된다. 예를 들어, 반도체 장치의 제조는 일반적으로 각종 가공층을 형성하고, 이들 층의 일부를 선택적으로 제거하거나 패턴화하고, 반도체 기판의 표면 상에 또다른 추가의 가공층을 침착시켜 반도체 웨이퍼를 형성하는 것을 포함한다. 가공층은, 예를 들어 절연층, 게이트 산화물층, 전도성층 및 금속 또는 유리의 층 등을 포함할 수 있다. 웨이퍼 가공의 특정 단계에서, 가공층의 최상위 표면은 후속층의 침착을 위해 평면인 것, 즉 편평한 것이 일반적으로 바람직하다. CMP를 이용하여 가공층을 평탄화하며, 여기서 전도성 또는 절연성 물질과 같은 침착된 물질을 연마함으로써 후속 가공 단계를 위해 웨이퍼를 평탄화한다.
전형적인 CMP 방법에서, 웨이퍼는 CMP 공구 중의 캐리어 상에 거꾸로 장착된다. 캐리어 및 웨이퍼를 연마 패드쪽으로 아래로 밀어내린다. 캐리어 및 웨이퍼를 CMP 공구의 연마 테이블 상의 회전하는 연마 패드 위에서 회전시킨다. 연마 조 성물 (연마 슬러리라고도 지칭됨)은 일반적으로 연마 공정 동안 회전하는 웨이퍼 및 회전하는 연마 패드 사이에 도입된다. 연마 조성물은 전형적으로, 최상위 웨이퍼 층(들)의 일부와 상호작용하거나 일부를 용해시키는 화학물질, 및 그 층(들)의 일부를 물리적으로 제거하는 연마 물질을 함유한다. 웨이퍼 및 연마 패드는 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있고, 어느 방향이든지 특정 연마 공정을 수행하기 위해 바람직하다. 또한, 캐리어는 연마 테이블 상의 연마 패드를 가로질러 진동할 수 있다.
화학-기계 연마 방법에 사용되는 연마 패드는 중합체 함침포, 미세다공성 필름, 다공질 중합체 발포체, 비다공성 중합체 시트 및 소결된 열가소성 입자를 포함하는 연질 및 경질 패드 물질 양쪽 모두를 사용하여 제조된다. 중합체 함침포 연마 패드의 일례는, 폴리에스테르 부직포 중에 함침된 폴리우레탄 수지를 함유하는 패드이다. 미세다공성 연마 패드는 기재 물질 상에 코팅된 미세다공성 우레탄 필름을 포함하며, 이것은 흔히 함침포 패드이다. 이들 연마 패드는 독립 셀(closed cell)의 다공성 필름이다. 다공질 중합체 발포체 연마 패드는 모든 3차원으로 무작위로 또한 균일하게 분포된 독립 셀 구조를 함유한다. 비다공성 중합체 시트 연마 패드는 슬러리 입자를 수송하는 고유의 능력을 갖지 않는 고체 중합체 시트로부터 제조된 연마 표면을 포함한다 (예를 들어, 미국 특허 제5,489,233호 참조). 이들 고체 연마 패드는 화학-기계 연마 동안 슬러리의 통과를 위한 채널을 제공하기 위해 의도적으로 패드의 표면 중으로 절단된 대형 및/또는 소형 홈에 의해 외부적으로 변형된다. 이러한 비다공성 중합체 연마 패드는 미국 특허 제6,203,407호에 개시되어 있으며, 여기서 연마 패드의 연마 표면은 의도적으로 화학-기계 연마에서의 선택성을 향상시키도록 배향된 홈을 포함한다. 또한, 유사한 방식으로, 미국 특허 제6,022,268호, 동 제6,217,434호 및 동 제6,287,185호에는, 슬러리 입자를 흡수하거나 수송하는 고유의 능력을 갖지 않는 친수성 연마 패드가 개시되어 있다. 연마 표면은 의도적으로 10 ㎛ 이하의 디멘션(dimension)을 가지며, 25 ㎛ 이상의 디멘션을 갖는 매크로 결함 (또는 매크로텍스쳐) 및 연마 표면을 고화함으로써 형성되고, 절단에 의해 형성되는 마이크로조면(microasperity)을 포함하는 무작위의 표면 형상을 갖는다. 다공성의 연속 셀형(open-celled) 구조를 포함하는 소결된 연마 패드는 열가소성 중합체 수지로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제6,062,968호 및 동 제6,126,532호에는, 열가소성 수지를 소결시킴으로써 제조된, 연속 셀형 미세다공성 기판을 갖는 연마 패드가 개시되어 있다. 생성된 연마 패드는 바람직하게는 25 내지 50%의 공극 부피 및 0.7 내지 0.9 g/cm3의 밀도를 갖는다. 유사하게, 미국 특허 제6,017,265호, 동 제6,106,754호 및 동 제6,231,434호에는, 소정의 최종 패드 디멘션을 갖는 금형내에서 689.5 kPa (100 psi) 초과의 고압에서 열가소성 중합체를 소결시킴으로써 제조된, 연속적으로 상호연결된 균일한 기공 구조를 갖는 연마 패드가 개시되어 있다.
연마 패드는 홈 패턴 이외에도 연마 패드의 표면에 텍스쳐를 제공하는 다른 표면 특징부를 가질 수 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,609,517호에는 지지체층, 노드(node) 및 상부층 (이들 모두 상이한 경도를 가짐)을 포함하는 복합 연마 패드 가 개시되어 있다. 미국 특허 제5,944,583호에는 교대 압축률을 갖는 주변 고리를 갖는 복합 연마 패드가 개시되어 있다. 미국 특허 제6,168,508호에는, 제1 물성값 (예를 들어, 경도, 비중, 압축률, 연마성, 높이 등)을 갖는 제1 연마 영역 및 제2 물성값을 갖는 제2 연마 영역을 갖는 연마 패드가 개시되어 있다. 미국 특허 제6,287,185호에는, 열성형 공정에 의해 제조된 표면 형상을 갖는 연마 패드가 개시되어 있다. 연마 패드의 표면을 압력 또는 응력 하에 가열함으로써, 표면 특징부가 형성된다. 미국 특허 출원 공개 제2003/0060151 A1호에는 비다공성 매트릭스에 의해 분리된 연속 공극 부피를 갖는 분리된 영역을 갖는 연마 패드가 개시되어 있다.
미세다공성 발포체 구조를 갖는 연마 패드는 당업계에 통상적으로 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,138,228호에는 미세다공성이고 친수성인 연마 물품이 개시되어 있다. 미국 특허 제4,239,567호에는 규소 웨이퍼 연마를 위한 편평한 미세다공질 폴리우레탄 연마 패드가 개시되어 있다. 미국 특허 제6,120,353호에는, 9% 미만의 압축률 및 150개 기공/cm2 이상의 높은 기공 밀도를 갖는 스웨이드형 발포체 폴리우레탄 연마 패드를 사용하는 연마 방법이 개시되어 있다. 유럽 특허 제1 108 500 A1호에는, 1000 ㎛ 미만의 평균 직경 및 0.4 내지 1.1 g/ml의 밀도를 갖는 독립 셀을 갖는, 80 이상의 미세고무 A형 경도를 갖는 연마 패드가 개시되어 있다.
상기한 연마 패드 중 일부가 그의 의도된 목적에 적합하기는 하나, 특히 기 판의 화학-기계 연마에서 효과적인 평탄화를 제공하는 다른 연마 패드에 대한 필요성이 남아있다. 또한, 연마 효율, 연마 패드를 가로지르는 또한 연마 패드내에서의 슬러리 유동, 부식 에칭에 대한 내성 및/또는 연마 균일성 등의 만족스런 특징을 갖는 연마 패드에 대한 필요성이 존재한다. 끝으로, 비교적 저비용의 방법을 이용하여 제조할 수 있고, 사용 전에 컨디셔닝(conditioning)이 거의 또는 전혀 필요하지 않은 연마 패드에 대한 필요성이 존재한다.
본 발명은 이러한 연마 패드를 제공한다. 본 발명의 이들 및 다른 이점 뿐만 아니라 추가의 발명의 특징은 본원에 제공된 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.
<발명의 개요>
본 발명은, 제1 공극 부피를 갖는 제1 영역 및 제2 공극 부피를 갖고, 제1 영역에 인접하는 제2 영역을 포함하는 다공성 중합체 물질을 포함하며, 여기서 제1 공극 부피 및 제2 공극 부피는 0이 아니고, 제1 공극 부피는 제2 공극 부피보다 작으며, 제1 영역 및 제2 영역은 동일한 중합체 조성을 갖고, 제1 영역과 제2 영역간의 전이가 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는, 화학-기계 연마용 연마 패드를 제공한다. 본 발명은 또한, 제1 비다공성 영역 및 제1 비다공성 영역에 인접한 제2 다공성 영역을 포함하는 중합체 물질을 포함하며, 여기서 제2 영역의 평균 기공 크기는 50 ㎛ 이하이고, 제1 영역 및 제2 영역은 동일한 중합체 조성을 가지며, 제1 영역과 제2 영역간의 전이가 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는 연마 패드를 제공한다. 본 발명은 또한, (a) 광학적으로 투과성인 영역, (b) 제1 다공성 영역, 및 임의로는 (c) 제2 다공성 영역을 포함하는 중합체 물질을 포함하며, 여기서 광학적으로 투과성인 영역, 제1 다공성 영역, 및 존재하는 경우 제2 다공성 영역으로부터 선택된 2개 이상의 영역은 동일한 중합체 조성을 갖고 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는 전이를 갖는, 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 또한, (a) 연마할 기판을 제공하는 단계, (b) 기판을 본 발명의 연마 패드 및 연마 조성물을 포함하는 연마 시스템과 접촉시키는 단계, 및 (c) 기판의 적어도 일부를 연마 시스템으로 마모시킴으로써 기판을 연마하는 단계를 포함하는 기판의 연마 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, (i) 중합체 수지를 포함하고 제1 공극 부피를 갖는 연마 패드 물질을 제공하는 단계, (ii) 연마 패드 물질의 하나 이상의 부분을 소정의 형상 또는 패턴을 갖는 제2 물질로 피복하는 단계, (iii) 승압에서 연마 패드 물질에 초임계 기체를 가하는 단계, (iv) 연마 패드 물질을 연마 패드 물질의 유리 전이 온도 (Tg) 초과의 온도가 되도록 함으로써, 연마 패드 물질의 피복되지 않은 부분을 발포시키는 단계, 및 (v) 제2 물질을 제거하여 피복된 부분을 노출시키는 단계를 포함하며, 여기서 연마 패드 물질의 피복되지 않은 부분은 제1 공극 부피보다 큰 제2 공극 부피를 갖는 것인, 본 발명의 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.
본 발명은, 영역들이 동일한 중합체 조성을 갖고, 영역들간의 전이가 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는, 2개 이상의 인접한 영역을 포함하는 중합체 물질을 포함하는 화학-기계 연마용 연마 패드에 관한 것이다.
제1 실시양태에서, 제1 영역 및 제2 영역은 다공성이다. 중합체 물질은 제1 공극 부피를 갖는 제1 영역 및 제2 공극 부피를 갖고, 제1 영역에 인접하는 제2 영역을 포함한다. 제1 공극 부피 및 제2 공극 부피는 각각 0이 아니다 (즉, 0 초과임). 제1 공극 부피는 제2 공극 부피보다 작다. 연마 패드의 제1 영역 및 제2 영역은 0이 아닌 임의의 적합한 공극 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 및 제2 영역의 공극 부피는 각각의 영역 부피의 5% 내지 80% (예를 들어, 10% 내지 75% 또는 15% 내지 70%)일 수 있다. 바람직하게는, 제1 영역의 공극 부피는 제1 영역 부피의 5% 내지 50% (예를 들어, 10% 내지 40%)이다. 바람직하게는, 제2 영역의 공극 부피는 제2 영역 부피의 20% 내지 80% (예를 들어, 25% 내지 75%)이다.
연마 패드의 제1 영역 및 제2 영역은 임의의 적합한 부피를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 및 제2 영역 각각의 부피는 전형적으로 연마 패드 총 부피의 5% 이상이다. 바람직하게는, 제1 영역 및 제2 영역 각각의 부피는 연마 패드 총 부피의 10% 이상 (예를 들어, 15% 이상)이다. 제1 영역 및 제2 영역은 동일한 부피 또는 상이한 부피를 가질 수 있다. 전형적으로는, 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 부피를 갖는다.
연마 패드의 제1 영역 및 제2 영역은 임의의 적합한 평균 기공 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 또는 제2 영역은 500 ㎛ 이하 (예를 들어, 300 ㎛ 이하 또는 200 ㎛ 이하)의 평균 기공 크기를 가질 수 있다. 바람직한 일 실시양태에서, 제1 영역 또는 제2 영역은 50 ㎛ 이하 (예를 들어, 40 ㎛ 이하 또는 30 ㎛ 이하)의 평균 기공 크기를 갖는다. 다른 바람직한 실시양태에서, 제1 영역 또는 제2 영역은 1 ㎛ 내지 20 ㎛ (예를 들어, 1 ㎛ 내지 15 ㎛ 또는 1 ㎛ 내지 10 ㎛)의 평균 기공 크기를 갖는다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 제1 영역은 50 ㎛ 이하의 평균 기공 크기를 갖고, 제2 영역은 1 ㎛ 내지 20 ㎛의 평균 기공 크기를 갖는다.
연마 패드의 제1 영역 및 제2 영역은 임의의 적합한 기공 크기 (즉, 셀 크기) 분포를 가질 수 있다. 전형적으로는, 제1 영역 또는 제2 영역내의 기공 (즉, 셀)의 20% 이상 (예를 들어, 30% 이상, 40% 이상 또는 50% 이상)이 평균 기공 크기의 ±100 ㎛ 이하 (예를 들어, ±50 ㎛ 이하)의 기공 크기 분포를 갖는다. 바람직하게는, 제1 영역 또는 제2 영역은 고도로 균일한 분포의 기공 크기를 갖는다. 예를 들어, 제1 영역 또는 제2 영역내의 기공의 75% 이상 (예를 들어, 80% 이상 또는 85% 이상)이 평균 기공 크기의 ±20 ㎛ 이하 (예를 들어, ±10 ㎛ 이하, ±5 ㎛ 이하 또는 ±2 ㎛ 이하)의 기공 크기 분포를 갖는다. 즉, 제1 영역 또는 제2 영역내의 기공의 75% 이상 (예를 들어, 80% 이상 또는 85% 이상)이 평균 기공 크기의 20 ㎛ 이하 (예를 들어, ±10 ㎛ 이하, ±5 ㎛ 이하 또는 ±2 ㎛ 이하) 이내의 기공 크기를 갖는다. 바람직하게는, 제1 영역 또는 제2 영역내의 기공의 90% 이상 (예를 들어, 93% 이상, 95% 이상 또는 97% 이상)이 평균 기공 크기의 ±20 ㎛ 이하 (예를 들어, ±10 ㎛ 이하, ±5 ㎛ 이하 또는 ±2 ㎛ 이하)의 기공 크기 분포를 갖는다.
제1 영역 및 제2 영역은 균일하거나 불균일한 기공 분포를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 제1 영역은 균일한 분포의 기공을 갖고, 제2 영역은 덜 균일한 분포의 기공 또는 불균일한 분포의 기공을 갖는다. 바람직한 실시양태에서는, 제1 영역내의 기공의 75% 이상 (예를 들어, 80% 이상 또는 85% 이상)이 평균 기공 크기의 ±20 ㎛ 이하 (예를 들어, ±10 ㎛ 이하, ±5 ㎛ 이하 또는 ±2 ㎛ 이하) 이내의 기공 크기를 갖고, 제2 영역내의 기공의 50% 이하 (예를 들어, 40% 이하 또는 30% 이하)가 평균 기공 크기의 20 ㎛ 이하 (예를 들어, ±10 ㎛ 이하, ±5 ㎛ 이하 또는 ±2 ㎛ 이하) 이내의 기공 크기를 갖는다.
추가로, 연마 패드의 제1 영역 또는 제2 영역은 멀티-모달(multi-modal) 분포의 기공을 가질 수 있다. 용어 "멀티-모달"은 다공성 영역이 적어도 2개 이상 (예를 들어, 3개 이상, 5개 이상 또는 심지어 10개 이상)의 기공 크기 최대값을 포함하는 기공 크기 분포를 갖는다는 것을 의미한다. 전형적으로는 기공 크기 최대값의 수는 20개 이하 (예를 들어, 15개 이하)이다. 기공 크기 최대값은 면적이 기공 총 수의 5 개수% 이상을 포함하는 기공 크기 분포내의 피크로서 정의된다. 바람직하게는, 기공 크기 분포는 바이모달(bimodal)이다 (즉, 2개의 기공 크기 최대값을 갖는다).
멀티-모달 기공 크기 분포는 임의의 적합한 기공 크기값에서 기공 크기 최대값을 가질 수 있다. 예를 들어, 멀티-모달 기공 크기 분포는 50 ㎛ 이하 (예를 들어, 40 ㎛ 이하, 30 ㎛ 이하 또는 20 ㎛ 이하)의 제1 기공 크기 최대값 및 50 ㎛ 이상 (예를 들어, 70 ㎛ 이상, 90 ㎛ 이상 또는 심지어 120 ㎛ 이상)의 제2 기공 크기 최대값을 가질 수 있다. 별법으로, 멀티-모달 기공 크기 분포는 20 ㎛ 이하 (예를 들어, 10 ㎛ 이하 또는 5 ㎛ 이하)의 제1 기공 크기 최대값 및 20 ㎛ 이상 (예를 들어, 35 ㎛ 이상, 50 ㎛ 이상 또는 심지어 75 ㎛ 이상)의 제2 기공 크기 최대값을 가질 수 있다.
전형적으로, 제1 영역 또는 제2 영역은 독립 셀 (즉, 기공)을 주로 포함하나, 제1 영역 또는 제2 영역은 연속 셀을 포함할 수도 있다. 바람직하게는, 제1 영역 또는 제2 영역은 전체 공극 부피를 기준으로 5% 이상 (예를 들어, 10% 이상)의 독립 셀을 포함한다. 보다 바람직하게는, 제1 영역 또는 제2 영역은 20% 이상 (예를 들어, 30% 이상, 40% 이상 또는 50% 이상)의 독립 셀을 포함한다.
제1 영역 또는 제2 영역은 전형적으로 0.5 g/cm3 이상 (예를 들어, 0.7 g/cm3 이상 또는 심지어 0.9 g/cm3 이상)의 밀도 및 25% 이하 (예를 들어, 15% 이하 또는 심지어 5% 이하)의 공극 부피를 갖는다. 전형적으로, 제1 영역 또는 제2 영역은 105개 셀/cm3 이상 (예를 들어, 106개 셀/cm3 이상)의 셀 밀도를 갖는다. 셀 밀도는, 미디어 사이버네틱스(Media Cybernetics)에 의한 옵티마스(Optimas, 등록상표) 이미징 소프트웨어 및 이미지프로(ImagePro, 등록상표) 이미징 소프트웨어, 또는 클레멕스 테크놀로지스(Clemex Technologies)에 의한 클레멕스 비젼(Clemex Vision, 등록상표) 이미징 소프트웨어와 같은 이미지 분석 소프트웨어 프로그램을 이용하여, 제1 영역 또는 제2 영역의 단면 이미지 (예를 들어, SEM 이미지)를 분석함으로써 측정할 수 있다.
전형적으로는, 제1 영역 및 제2 영역은 상이한 압축률을 갖는다. 제1 영역 및 제2 영역의 압축률은 적어도 부분적으로 공극 부피, 평균 기공 크기, 기공 크기 분포 및 기공 밀도에 따라 달라진다.
제2 실시양태에서, 중합체 물질은 제1 영역 및 제1 영역에 인접한 제2 영역을 포함하며, 여기서 제1 영역은 비다공성이고 제2 영역은 50 ㎛ 이하의 평균 기공 크기를 갖는다. 일부 실시양태에서, 제2 영역은 바람직하게는 40 ㎛ 이하 (예를 들어, 30 ㎛ 이하)의 평균 기공 크기를 갖는다. 다른 실시양태에서, 제2 영역은 바람직하게는 1 ㎛ 내지 20 ㎛ (예를 들어, 1 ㎛ 내지 15 ㎛ 또는 1 ㎛ 내지 10 ㎛)의 평균 기공 크기를 갖는다.
제2 영역은 제1 실시양태의 연마 패드의 제2 영역에 대하여 상기에 논의한 바와 같은 임의의 적합한 공극 부피, 기공 크기 분포 또는 기공 밀도를 가질 수 있다. 바람직하게는, 제2 영역내의 기공의 75% 이상은 평균 기공 크기의 ±20 ㎛ 이하 (예를 들어, ±10 ㎛ 이하, ±5 ㎛ 이하 또는 ±2 ㎛ 이하) 이내의 기공 크기를 갖는다.
제1 실시양태 및 제2 실시양태의 연마 패드는 임의로는 다수의 제1 영역 및 제2 영역을 포함한다. 다수의 제1 영역 및 제2 영역은 연마 패드의 표면을 가로질러 무작위로 위치할 수 있거나, 또는 교대 패턴으로 위치할 수 있다. 예를 들어, 제1 영역 및 제2 영역은 교대 선, 호, 동심원, XY 망상선(crosshatch), 나선 또는 홈과 관련하여 전형적으로 사용되는 다른 패턴의 형태로 존재할 수 있다. 상이한 공극 부피를 갖는 영역의 패턴화된 표면을 함유하는 연마 패드는 통상의 홈으로 패턴화된 연마 패드에 비해 증가된 연마 패드 수명을 가질 것으로 예상된다.
제1 실시양태 및 제2 실시양태의 연마 패드는, 임의로는 제3 공극 부피를 갖는 제3 영역을 추가로 포함한다. 제3 영역은 제1 영역 및 제2 영역에 대하여 상기에 논의한 바와 같은 임의의 적합한 부피, 공극 부피, 평균 기공 크기, 기공 크기 분포 또는 기공 밀도를 가질 수 있다. 또한, 제3 영역은 비다공성이다.
제1 실시양태 및 제2 실시양태의 연마 패드는 중합체 물질을 포함한다. 중합체 물질은 임의의 적합한 중합체 수지를 포함할 수 있다. 중합체 물질은 바람직하게는, 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머 고무, 스티렌계 중합체, 다환방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교된 폴리우레탄, 가교된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블럭 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체 수지를 포함한다. 바람직하게는, 중합체 수지는 열가소성 폴리우레탄이다.
중합체 수지는 전형적으로는 미리형성된 중합체 수지이나, 중합체 수지는 다수가 당업계에 공지되어 있는 임의의 적합한 방법에 따라 동일계에서 형성할 수도 있다 (예를 들어, 문헌 [Szycher's Handbook of Polyurethanes CRC Press: New York, 1999, Chapter 3] 참조). 예를 들어, 열가소성 폴리우레탄은 우레탄 예비중합체, 예컨대 이소시아네이트, 디-이소시아네이트 및 트리-이소시아네이트 예비중합체와 이소시아네이트 반응성 잔기를 함유하는 예비중합체의 반응에 의해 동일계에서 형성할 수 있다. 적합한 이소시아네이트 반응성 잔기는 아민 및 폴리올을 포함한다.
중합체 수지의 선택은 부분적으로 중합체 수지의 레올로지에 따라 달라진다. 레올로지는 중합체 용융물의 유동 거동이다. 뉴토니안(Newtonian) 유체의 경우, 점도는 전단 응력 (즉, 접선 응력, σ)과 전단 속도 (즉, 속도 구배, dγ/dt)간의 비율로 정의되는 상수이다. 그러나, 비-뉴토니안 유체의 경우에는, 전단 속도 농화 (팽창성(dilatant)) 또는 전단 속도 담화 (의가소성(pseudo-plastic))가 일어날 수 있다. 전단 속도 담화의 경우, 점도는 전단 속도가 증가함에 따라 감소한다. 이러한 특성이 중합체 수지가 용융 가공 (예를 들어, 압출, 사출 성형) 공정에 사용될 수 있도록 한다. 전단 속도 담화의 임계 영역을 확인하기 위해, 중합체 수지의 레올로지를 측정하여야 한다. 레올로지는 용융 중합체 수지를 고정 압력 하에 특정 길이의 모세관으로 강제 통과시키는 모세관 기술에 의해 측정할 수 있다. 상이한 온도에서의 점도에 대해 외관 전단 속도를 플롯팅함으로써, 점도와 온도간의 관계를 측정할 수 있다. 레올로지 가공 지수 (Rheology Processing Index; RPI)는 중합체 수지의 임계 영역을 확인하는 파라미터이다. RPI는 고정된 전단 속도에 대해 20℃와 동일한 온도 변화 후의 점도에 대한 표준 온도에서의 점도의 비율이다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 경우, RPI는 150 l/s의 전단 속도 및 205℃의 온도에서 측정시 바람직하게는 2 내지 10 (예를 들어, 3 내지 8)이다.
또다른 중합체 점도 척도는 고정량의 시간에 걸쳐 소정 온도 및 압력에서 모세관으로부터 압출된 용융 중합체의 양 (g)을 기록하는 용융 유동 지수 (MFI)이다. 예를 들어, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체 (예를 들어, 폴리카르보네이트 실리콘 기재의 공중합체, 폴리우레탄 플루오르 기재의 공중합체 또는 폴리우레탄 실록산 분절화된 공중합체)인 경우, MFI는 210℃의 온도 및 2160 g의 하중에서 10분에 걸쳐 바람직하게는 20 이하 (예를 들어, 15 이하)이다. 중합체 수지가 엘라스토머 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체 (예를 들어, 엘라스토머 또는 노르말 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-헥센, 에틸렌-옥텐 등과 같은 에틸렌 α-올레핀을 포함하는 공중합체, 메탈로센 기재의 촉매로부터 제조된 엘라스토머 에틸렌 공중합체 또는 폴리프로필렌-스티렌 공중합체를 포함하는 공중합체)인 경우, MFI는 210℃의 온도 및 2160 g의 하중에서 10분에 걸쳐 바람직하게는 5 이하 (예를 들어, 4 이하)이다. 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트인 경우, MFI는 210℃의 온도 및 2160 g의 하중에서 10분에 걸쳐 바람직하게는 8 이하 (예를 들어, 5 이하)이다.
중합체 수지의 레올로지는 중합체 수지의 분자량, 다분산 지수 (PDI), 장쇄 분지화 또는 가교 정도, 유리 전이 온도 (Tg) 및 용융 온도 (Tm)에 따라 달라질 수 있다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 열가소성 폴리우레탄 공중합체 (예컨대, 상기한 바와 같은 것들)인 경우, 평균 분자량 (Mw)은 전형적으로 50,000 g/mol 내지 300,000 g/mol, 바람직하게는 70,000 g/mol 내지 150,000 g/mol이고, PDI는 1.1 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4이다. 전형적으로는, 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체는 20℃ 내지 110℃의 유리 전이 온도 및 120℃ 내지 250℃의 용융 전이 온도를 갖는다. 중합체 수지가 엘라스토머 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체 (예컨대, 상기한 바와 같은 것들)인 경우, 중량평균 분자량 (Mw)은 전형적으로 50,000 g/mol 내지 400,000 g/mol, 바람직하게는 70,000 g/mol 내지 300,000 g/mol이고, PDI는 1.1 내지 12, 바람직하게는 2 내지 10이다. 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트인 경우, 중량평균 분자량 (Mw)은 전형적으로 50,000 g/mol 내지 150,000 g/mol, 바람직하게는 70,000 g/mol 내지 100,000 g/mol이고, PDI는 1.1 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4이다.
중합체 수지는 바람직하게는 특정 기계적 특성을 갖는다. 예를 들어, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 경우, 굴곡 탄성률 (ASTM D790)은 30℃에서 바람직하게는 200 MPa (약 30,000 psi) 내지 1200 MPa (약 175,000 psi) (예를 들어, 30℃에서 350 MPa (약 50,000 psi) 내지 1000 MPa (약 150,000 psi))이고, 평균 압축률 (%)는 7 이하이고, 평균 반발률 (%)은 35 이상이고/거나, 쇼어(Shore) D 경도 (ASTM D2240-95)는 40 내지 90 (예를 들어, 50 내지 80)이다.
중합체 물질은 임의로는 수분 흡수 중합체를 추가로 포함한다. 수분 흡수 중합체는 바람직하게는 무정형, 결정성 또는 가교된 폴리아크릴아미드, 폴리아크릴산, 폴리비닐알콜, 이들의 염 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 수분 흡수 중합체는 가교된 폴리아크릴아미드, 가교된 폴리아크릴산, 가교된 폴리비닐알콜 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 이러한 가교된 중합체는 일반적으로는 수분-흡수성이나, 통상의 유기 용매 중에서는 용융 또는 용해되지 않는다. 반면, 수분-흡수성 중합체는 물 (예를 들어, 연마 조성물의 액체 담체)과 접촉시 팽윤된다.
중합체 물질은 임의로는 패드의 본체내로 혼입된 입자를 함유한다. 바람직하게는, 입자는 중합체 물질 전반에 걸쳐 분산된다. 입자는 연마 입자, 중합체 입자, 복합 입자 (예를 들어, 캡슐화된 입자), 유기 입자, 무기 입자, 청정화 입자 및 이들의 혼합물일 수 있다.
연마 입자는 임의의 적합한 물질일 수 있다. 예를 들어, 연마 입자는 금속 산화물, 예컨대 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아, 크로미아, 산화철 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 금속 산화물, 또는 탄화규소, 질화붕소, 다이아몬드, 가닛 또는 세라믹 연마재를 포함할 수 있다. 연마 입자는 금속 산화물과 세라믹의 혼성체 또는 무기 물질과 유기 물질의 혼성체일 수 있다. 입자는 또한 중합체 입자일 수 있으며, 폴리스티렌 입자, 폴리메틸메타크릴레이트 입자, 액체 결정성 중합체 (LCP, 예를 들어 시바 가이기(Ciba Geigy)로부터의 벡트라(Vectra, 등록상표) 중합체), 폴리에테르에테르케톤 (PEEK), 미립자 열가소성 중합체 (예를 들어, 미립자 열가소성 폴리우레탄), 미립자 가교된 중합체 (예를 들어, 미립자 가교된 폴리우레탄 또는 폴리에폭시드) 또는 이들의 조합과 같은 다수가 미국 특허 제5,314,512호에 기재되어 있다. 바람직하게는, 중합체 입자는 중합체 물질의 융점보다 높은 융점을 갖는다. 복합 입자는 코어 및 외부 코팅을 함유하는 임의의 적합한 입자일 수 있다. 예를 들어, 복합 입자는 고체 코어 (예를 들어, 금속 산화물, 금속, 세라믹 또는 중합체) 및 중합체 쉘 (예를 들어, 폴리우레탄, 나일론 또는 폴리에틸렌)을 함유할 수 있다. 청정화 입자는 파일로실리케이트 (예를 들어, 운모, 예컨대 플루오르화 운모, 및 점토, 예컨대 활석, 고령토, 몬모릴로나이트, 헥토라이트), 유리 섬유, 유리 비드, 다이아몬드 입자, 탄소 섬유 등일 수 있다.
중합체 물질은 임의로는 패드의 본체내로 도입된 가용성 입자를 함유한다. 바람직하게는, 가용성 입자는 중합체 물질 전반에 걸쳐 분산된다. 이러한 가용성 입자는 화학-기계 연마 동안 연마 조성물의 액체 담체 중에 부분적으로 또는 완전히 용해된다. 전형적으로는, 가용성 입자는 수용성 입자이다. 예를 들어, 가용성 입자는 임의의 적합한 수용성 입자, 예컨대 덱스트린, 시클로덱스트린, 만니톨, 락토스, 히드록시프로필셀룰로스, 메틸셀룰로스, 전분, 단백질, 무정형 비가교된 폴리비닐 알콜, 무정형 비가교된 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 옥시드, 수용성 감광성 수지, 술폰화 폴리이소프렌 및 술폰화 폴리이소프렌 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 물질의 입자일 수 있다. 가용성 입자는 또한, 무기 수용성 입자, 예컨대 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 중탄산칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨, 질산마그네슘, 탄산칼슘 및 벤조산나트륨으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질의 입자일 수 있다. 가용성 입자가 용해될 때, 연마 패드는 가용성 입자의 크기에 상응하는 열린 기공을 갖고 남아있을 수 있다.
바람직하게는, 입자를 연마 기판으로 성형하기 전에 중합체 수지와 블렌딩한다. 연마 패드내로 혼입된 입자는 임의의 적합한 디멘션 (예를 들어, 직경, 길이 또는 폭) 또는 형상 (예를 들어, 구형 또는 장타원형)을 가질 수 있고, 임의의 적합한 양으로 연마 패드내로 혼입될 수 있다. 예를 들어, 입자는 1 nm 이상 및/또는 2 mm 이하의 입자 디멘션 (예를 들어, 직경, 길이 또는 폭) (예를 들어, 0.5 ㎛ 내지 2 mm의 직경)을 가질 수 있다. 바람직하게는, 입자는 10 nm 이상 및/또는 500 ㎛ 이하 (예를 들어, 100 nm 내지 10 ㎛의 직경)의 디멘션을 갖는다. 입자는 중합체 물질에 공유 결합될 수도 있다.
중합체 물질은 임의로는 패드의 본체내로 도입된 고체 촉매를 함유한다. 바람직하게는, 고체 촉매는 중합체 물질 전반에 걸쳐 분산된다. 촉매는 금속성, 비금속성 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 촉매는 Ag, Co, Ce, Cr, Cu, Fe, Mo, Mn, Nb, Ni, Os, Pd, Ru, Sn, Ti 및 V를 포함하는 금속 화합물 (이에 제한되지는 않음)과 같이 다중 산화 상태를 갖는 금속 화합물로부터 선택된다.
중합체 물질은 임의로는 킬레이팅제 또는 산화제를 함유한다. 바람직하게는, 킬레이팅제 및 산화제는 중합체 물질 전반에 걸쳐 분산된다. 킬레이팅제는 임의의 적합한 킬레이팅제일 수 있다. 예를 들어, 킬레이팅제는 카르복실산, 디카르복실산, 포스폰산, 중합체 킬레이팅제, 이들의 염 등일 수 있다. 산화제는 철염, 알루미늄염, 과산화물, 염소산염, 과염소산염, 과망간산염, 과황산염 등을 포함하는 산화 금속 착체 또는 산화염일 수 있다.
본원에 기재된 연마 패드는 임의로는 하나 이상의 개구, 투명 영역 또는 반투명 영역 (예를 들어, 미국 특허 제5,893,796호에 기재된 윈도우)를 추가로 포함한다. 이러한 개구 또는 반투명 영역을 포함시키는 것은 연마 패드를 동일계 CMP 공정 모니터링 기술과 함께 사용하는 경우에 바람직하다. 개구는 임의의 적합한 형상을 가질 수 있고, 연마 표면 상의 과량의 연마 조성물을 최소화하거나 제거하기 위한 배수 채널과 함께 사용할 수 있다. 반투명 영역 또는 윈도우는 다수가 당업계에 공지되어 있는 임의의 적합한 윈도우일 수 있다. 예를 들어, 반투명 영역은 연마 패드의 개구내에 삽입된 유리 또는 중합체 기재의 플러그를 포함할 수 있거나, 또는 연마 패드의 나머지 부분에 사용된 동일한 중합체 물질을 포함할 수 있다.
제3 실시양태에서, 중합체 물질은 (a) 광학적으로 투과성인 영역, (b) 제1 다공성 영역, 및 임의로는 (c) 제2 다공성 영역을 포함하며, 여기서 광학적으로 투과성인 영역, 제1 다공성 영역, 및 존재하는 경우 제2 다공성 영역으로부터 선택된 2개 이상의 영역은 동일한 중합체 조성을 갖고, 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는 전이를 갖는다. 바람직한 일 실시양태에서는, 광학적으로 투과성인 영역 및 제1 다공성 영역이 동일한 중합체 조성을 갖고, 광학적으로 투과성인 영역과 제1 다공성 영역간의 전이는 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는다. 또다른 바람직한 실시양태에서, 중합체 물질은 제2 다공성 영역을 추가로 포함하고, 제1 영역 및 제2 영역은 동일한 중합체 조성을 가지며, 제1 영역과 제2 영역간의 전이는 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는다. 제1 영역 및 제2 영역 (존재하는 경우)은 제1 실시양태 및 제2 실시양태에 대하여 상기한 바와 같은 임의의 적합한 부피, 공극 부피, 평균 기공 크기, 기공 크기 분포 및 기공 밀도를 가질 수 있다. 또한, 중합체 물질은 상기한 임의의 물질을 포함할 수 있다.
전형적으로, 광학적으로 투과성인 영역은 190 nm 내지 10,000 nm (예를 들어, 190 nm 내지 3500 nm, 200 nm 내지 1000 nm 또는 200 nm 내지 780 nm)의 하나 이상의 파장에서 10% 이상 (예를 들어, 20% 이상 또는 30% 이상)의 광 투과도를 갖는다.
광학적으로 투과성인 영역의 공극 부피는 광학적 투과율에 대한 요구에 의해 제한된다. 바람직하게는, 광학적으로 투과성인 영역은 실질적으로 비다공성이거나, 또는 5% 이하 (예를 들어, 3% 이하)의 공극 부피를 갖는다. 유사하게, 광학적으로 투과성인 영역의 평균 기공 크기는 광학적 투과율에 대한 요구에 의해 제한된다. 바람직하게는, 광학적으로 투과성인 영역은 0.01 ㎛ 내지 1 ㎛의 평균 기공 크기를 갖는다. 바람직하게는, 평균 기공 크기는 0.05 ㎛ 내지 0.9 ㎛ (예를 들어, 0.1 ㎛ 내지 0.8 ㎛)이다. 임의의 특정 이론에 국한되길 바라지 않지만, 1 ㎛ 초과의 기공 크기는 입사 방사선을 산란시키는 반면, 1 ㎛ 미만의 기공 크기는 입사 방사선을 덜 산란시키거나, 입사 방사선을 전혀 산란시키지 않음으로써, 바람직한 투명도를 갖는 광학적으로 투과성인 영역을 제공하는 것으로 여겨진다.
바람직하게는, 광학적으로 투과성인 영역은 고도로 균일한 분포의 기공 크기를 갖는다. 전형적으로는, 광학적으로 투과성인 영역내의 기공의 75% 이상 (예를 들어, 80% 이상 또는 85% 이상)이 평균 기공 크기의 ±0.5 ㎛ 이하 (예를 들어, ±0.3 ㎛ 이하 또는 ±0.2 ㎛ 이하)의 기공 크기 분포를 갖는다. 바람직하게는, 광학적으로 투과성인 영역내의 기공의 90% 이상 (예를 들어, 93% 이상 또는 95% 이상)이 평균 기공 크기의 ±0.5 ㎛ 이하 (예를 들어, ±0.3 ㎛ 이하 또는 ±0.2 ㎛ 이하)의 기공 크기 분포를 갖는다.
광학적으로 투과성인 영역은 임의의 적합한 디멘션 (즉, 길이, 폭 및 두께) 및 임의의 적합한 형상 (예를 들어, 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형 등일 수 있음)을 가질 수 있다. 광학적으로 투과성인 영역은 연마 패드의 연마 표면과 동일 평면에 있을 수 있거나, 또는 연마 패드의 연마 표면으로부터 후퇴되어 있을 수 있다. 바람직하게는, 광학적으로 투과성인 영역은 연마 패드의 표면으로부터 후퇴되어 있다.
광학적으로 투과성인 영역은 임의로는 연마 패드 물질이 특정 파장(들)의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있도록 하는 염료를 추가로 포함한다. 염료는 원치않는 파장의 빛 (예를 들어, 배경광)을 여과 제거하는 작용을 함으로써 검출의 신호 대 노이즈의 비율을 향상시킨다. 광학적으로 투과성인 영역은 임의의 적합한 염료를 포함할 수 있거나, 또는 염료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 염료로는, 폴리메틴 염료, 디- 및 트리-아릴메틴 염료, 디아릴메틴 염료의 아자 유도체, 아자 (18) 아눌렌 염료, 천연 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 황 염료 등이 포함된다. 바람직하게는, 염료의 투과 스펙트럼은 동일계 종말점 검출에 이용되는 빛의 파장과 일치하거나 중복된다. 예를 들어, 종말점 검출 (EPD) 시스템을 위한 광원이 633 nm의 파장을 갖는 가시광을 생성하는 HeNe 레이저인 경우, 염료는 바람직하게는 633 nm의 파장을 갖는 빛을 투과시킬 수 있는 적색 염료이다.
본원에 기재된 연마 패드는 임의의 적합한 디멘션을 가질 수 있다. 전형적으로는, 연마 패드는 형상이 원형 (회전하는 연마 공구에 사용되는 것과 같음)이거나, 또는 고리화된 선형 벨트 (선형 연마 공구에 사용되는 것과 같음)로서 형성된다.
본원에 기재된 연마 패드는, 임의로는 연마 패드의 표면을 가로질러 연마 조성물의 수평 수송을 용이하게 하는 홈, 채널 및/또는 천공을 추가로 포함하는 연마 표면을 갖는다. 이러한 홈, 채널 또는 천공은 임의의 적합한 패턴으로 존재할 수 있고, 임의의 적합한 깊이 및 폭을 가질 수 있다. 연마 패드는 2개 이상의 상이한 홈 패턴, 예를 들어 미국 특허 제5,489,233호에 기재된 바와 같이 대형 홈 및 소형 홈의 조합을 가질 수 있다. 홈은 경사진 홈, 동심의 홈, 나선형 또는 원형 홈, XY 망상선 패턴의 형태일 수 있고, 연속성에 있어 연속성이거나 비연속성일 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드는 표준 패드 컨디셔닝 방법에 의해 형성된 적어도 소형 홈을 포함한다.
본 발명의 연마 패드는 다수가 당업계에 공지되어 있는 임의의 적합한 기술을 이용하여 제조할 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드는, (i) 중합체 수지를 포함하고 제1 공극 부피를 갖는 연마 패드 물질을 제공하는 단계, (ii) 승압에서 연마 패드 물질에 초임계 기체를 가하는 단계, 및 (iii) 연마 패드 물질의 온도를 연마 패드 물질의 유리 전이 온도 (Tg) 초과의 온도로 증가시킴으로써, 연마 패드 물질의 하나 이상의 부분을 선택적으로 발포시키는 단계를 포함하며, 여기서 연마 패드 물질의 선택된 부분은 제1 공극 부피보다 큰 제2 공극 부피를 갖는 것인, 가압 기체 주입법에 의해 제조된다.
보다 바람직하게는, 연마 패드는, (i) 중합체 수지를 포함하고 제1 공극 부피를 갖는 연마 패드 물질을 제공하는 단계, (ii) 연마 패드 물질의 하나 이상의 부분을 소정의 형상 또는 패턴을 갖는 제2 물질로 피복하는 단계, (iii) 승압에서 연마 패드 물질에 초임계 기체를 가하는 단계, (iv) 연마 패드 물질을 연마 패드 물질의 유리 전이 온도 (Tg) 초과의 온도가 되도록 함으로써, 연마 패드 물질의 피복되지 않은 부분을 발포시키는 단계, 및 (v) 제2 물질을 제거하여 피복된 부분을 노출시키는 단계를 포함하며, 여기서 연마 패드 물질의 피복되지 않은 부분은 제1 공극 부피보다 큰 제2 공극 부피를 갖는 것인, 가압 기체 주입법에 의해 제조된다.
바람직하게는, 연마 패드 물질을 실온에서 가압 용기내에 넣는다. 초임계 기체를 용기에 첨가하고, 용기를 적절한 양의 기체를 연마 패드 물질의 자유 부피내로 도입시키기에 충분한 수준으로 가압한다. 연마 패드 물질 중에 용해된 기체의 양은 헨리의 법칙에 따라 인가된 압력에 정비례한다. 인가된 압력은 연마 패드 물질 중에 존재하는 중합체 물질의 유형 및 초임계 기체의 유형에 따라 달라진다. 연마 패드 물질의 온도가 증가하면 기체가 중합체 물질내로 확산되는 속도가 증가할 뿐만 아니라, 연마 패드 물질 중에 용해될 수 있는 기체의 양도 감소한다. 일단 기체가 연마 패드 물질을 충분히 (예를 들어, 완전히) 포화시키면, 연마 패드 물질을 가압 용기로부터 제거한다. 요망되는 경우, 연마 패드 물질을 연화 또는 용융 상태로 빠르게 가열하여 셀 핵형성 및 성장을 촉진시킬 수 있다. 연마 패드 물질의 온도는 임의의 적합한 기술을 이용하여 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 연마 패드의 선택된 부분에, 열, 빛 또는 초음파 에너지를 가할 수 있다. 미국 특허 제5,182,307호 및 동 제5,684,055호에는 가압 기체 주입법의 상기 특징 및 추가의 특징이 기재되어 있다.
중합체 수지는 상기한 임의의 중합체 수지일 수 있다. 초임계 기체는 중합체 물질 중에서 충분한 용해도를 갖는 임의의 적합한 기체일 수 있다. 바람직하게는, 기체는 질소, 이산화탄소 또는 이들의 조합이다. 보다 바람직하게는, 기체는 이산화탄소를 포함하거나, 이산화탄소이다. 바람직하게는, 초임계 기체는 소정의 조건 하에 중합체 물질 중에서 0.1 mg/g (예를 들어, 1 mg/g 또는 10 mg/g) 이상의 용해도를 갖는다.
온도 및 압력은 임의의 적합한 온도 및 압력일 수 있다. 최적 온도 및 압력은 사용되는 기체에 따라 달라진다. 발포 온도는 적어도 부분적으로 연마 패드 물질의 Tg에 따라 달라진다. 전형적으로는, 발포 온도는 연마 패드 물질의 Tg 초과이다. 예를 들어, 발포 온도는 바람직하게는 연마 패드 물질의 Tg와 융점 (Tm) 사이이나, 중합체 물질의 Tm을 초과하는 발포 온도를 사용할 수도 있다. 전형적으로는, 초임계 기체 흡수 단계는 20℃ 내지 300℃ (예를 들어, 150℃ 내지 250℃)의 온도 및 1 MPa (약 150 psi) 내지 40 MPa (약 6000 psi) (예를 들어, 5 MPa (약 800 psi) 내지 35 MPa (약 5000 psi), 또는 19 MPa (약 2800 psi) 내지 26 MPa (약 3800 psi))의 압력에서 수행한다.
제2 물질은 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제2 물질은 중합체 물질, 금속성 물질, 세라믹 물질 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 제2 물질은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 제2 물질은 바람직하게는 하나 이상의 동심원 또는 XY 망상선 패턴의 형상으로 존재한다. 다른 실시양태에서, 제2 물질은 바람직하게는 광학 종말점 검출 포트에 적합한 디멘션을 갖는 형상으로 존재한다.
본원에 기재된 연마 패드는 단독으로 사용할 수 있거나, 또는 임의로는 다층 적층된 연마 패드의 한 층으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 서브패드와 조합하여 사용할 수 있다. 서브패드는 임의의 적합한 서브패드일 수 있다. 적합한 서브패드는 폴리우레탄 발포체 서브패드 (예를 들어, 로저스 코포레이션(Rogers Corporation)으로부터의 발포체 서브패드), 주입된 펠트 서브패드, 미세다공성 폴리우레탄 서브패드 또는 소결된 우레탄 서브패드를 포함한다. 서브패드는 전형적으로는 본 발명의 연마 패드보다 연질이고, 따라서 본 발명의 연마 패드보다 압축성이고, 보다 낮은 쇼어 경도값을 갖는다. 예를 들어, 서브패드는 35 내지 50의 쇼어 A 경도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 서브패드는 연마 패드보다 경질이고, 보다 덜 압축성이며, 보다 높은 쇼어 경도를 갖는다. 서브패드는 임의로는 홈, 채널, 중공 영역, 윈도우, 개구 등을 포함한다. 본 발명의 연마 패드를 서브패드와 조합하여 사용하는 경우, 전형적으로는 연마 패드와 서브패드 사이에 및 이들과 동일 공간에 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 같은 중간 배킹층이 존재한다. 별법으로, 본 발명의 연마 패드는 통상의 연마 패드와 함께 서브패드로서 사용할 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 화학-기계 연마 (CMP) 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로는, 상기 장치는 사용시 운동 중이고 궤도, 선형 또는 원형 운동으로부터 형성된 속도를 갖는 플래튼, 플래튼과 접촉되어 운동시 플래튼과 함께 움직이는 본 발명의 연마 패드, 및 연마되는 기판에 접촉하도록 의도된 연마 패드의 표면에 대하여 접촉시켜 운동시킴으로써 기판이 연마되도록 유지하는 캐리어를 포함한다. 기판의 연마는, 기판을 연마 패드와 접촉하여 위치시키고, 이어서 연마 패드를 기판에 대하여, 전형적으로는 그들 사이의 연마 조성물과 함께 운동시켜, 기판의 적어도 일부를 마모시켜 기판을 연마함으로써 수행한다. CMP 장치는 다수가 당업계에 공지되어 있는 임의의 적합한 CMP 장치일 수 있다. 본 발명의 연마 패드를 선형 연마 공구와 함께 사용할 수도 있다.
바람직하게는, CMP 장치는 다수가 당업계에 공지되어 있는 동일계 연마 종말점 검출 시스템을 추가로 포함한다. 작업편의 표면으로부터 반사된 빛 또는 다른 방사선을 분석함으로써 연마 공정을 검사하고 모니터링하는 기술이 당업계에 공지되어 있다. 이러한 방법은, 예를 들어 미국 특허 제5,196,353호, 동 제5,433,651호, 동 제5,609,511호, 동 제5,643,046호, 동 제5,658,183호, 동 제5,730,642호, 동 제5,838,447호, 동 제5,872,633호, 동 제5,893,796호, 동 제5,949,927호 및 동 제5,964,643호에 기재되어 있다. 바람직하게는, 연마되는 작업편에 대한 연마 공정의 진행을 검사하고 모니터링함으로써 연마 종말점을 결정, 즉 특정 작업편에 대하여 연마 공정을 종결하는 때를 결정할 수 있다.
본원에 기재된 연마 패드는 많은 유형의 기판 및 기판 물질을 연마하는 데 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 연마 패드를 사용하여 메모리 저장 장치, 반도체 기판 및 유리 기판을 비롯한 각종 기판을 연마할 수 있다. 연마 패드로 연마하기에 적합한 기판으로는, 메모리 디스크, 하드 디스크, 자기 헤드, MEMS 장치, 반도체 웨이퍼, 전계방출 디스플레이 및 기타 마이크로전자 기판, 특히 절연층 (예를 들어, 이산화규소, 질화규소 또는 저유전율 물질) 및/또는 금속 함유층 (예를 들어, 구리, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐 또는 기타 귀금속)을 포함하는 기판이 포함된다.

Claims (48)

  1. 패드 본체가 다공성 중합체 물질을 포함하는 화학-기계 연마용 연마 패드로서,
    패드 본체는 하나 이상의 제1 영역 및 이 하나 이상의 제1 영역에 인접한 하나 이상의 제2 영역을 가지고, 패드 본체는 하나 이상의 제1 영역 내에 제1 공극 부피를 갖는 기공 및 하나 이상의 제2 영역 내에 제2 공극 부피를 갖는 기공을 포함하며,
    하나 이상의 제1 영역 내의 기공은 공극 부피가 5% 내지 50%이고 하나 이상의 제2 영역 내의 기공은 공극 부피가 20% 내지 80%이며, 하나 이상의 제1 영역 또는 제2 영역은 5% 이상의 독립 셀을 포함하고, 여기서
    (a) 제1 공극 부피는 제2 공극 부피보다 작으며,
    (b) 하나 이상의 제1 영역 및 하나 이상의 제2 영역 내의 다공성 중합체 물질은 동일한 중합체 조성을 갖고,
    (c) 패드 본체는 하나 이상의 제1 영역과 하나 이상의 제2 영역 간에 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는, 화학-기계 연마용 연마 패드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역의 평균 기공 크기가 50 ㎛ 이하인 연마 패드.
  4. 제3항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역내의 기공의 75% 이상이 평균 기공 크기의 20 ㎛ 이하 이내의 기공 크기를 갖는 연마 패드.
  5. 제3항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역의 평균 기공 크기가 1 ㎛ 내지 20 ㎛인 연마 패드.
  6. 제5항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역내의 기공의 90% 이상이 평균 기공 크기의 20 ㎛ 이하 이내의 기공 크기를 갖는 연마 패드.
  7. 제1항에 있어서, 제1 영역내의 기공의 75% 이상이 평균 기공 크기의 20 ㎛ 이하 이내의 기공 크기를 갖고, 제2 영역내의 기공의 50% 이하가 평균 기공 크기의 20 ㎛ 이하 이내의 기공 크기를 갖는 연마 패드.
  8. 제1항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역이 20개 이하의 기공 크기 최대값을 갖는 멀티-모달 기공 크기 분포를 갖는 연마 패드.
  9. 제8항에 있어서, 멀티-모달 기공 크기 분포가 바이모달 기공 크기 분포인 연마 패드.
  10. 제1항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역의 밀도가 0.5 g/cm3 이상인 연마 패드.
  11. 제1항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역이 30% 이상의 독립 셀을 포함하는 연마 패드.
  12. 제1항에 있어서, 제1 영역 또는 제2 영역의 셀 밀도가 105개 셀/cm3 이상인 연마 패드.
  13. 제1항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이 상이한 압축률을 갖는 연마 패드.
  14. 제1항에 있어서, 제3 공극 부피를 갖는 제3 영역을 추가로 포함하는 연마 패드.
  15. 제1항에 있어서, 다수의 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 연마 패드.
  16. 제15항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이 상이한 압축률을 갖는 연마 패드.
  17. 제16항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이 교대로 존재하는 연마 패드.
  18. 제17항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이 교대 선 또는 동심원 형태로 존재하는 연마 패드.
  19. 제1항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이, 열가소성 엘라스토머, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머 고무, 스티렌계 중합체, 다환방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교된 폴리우레탄, 가교된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블럭 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체 수지를 포함하는 연마 패드.
  20. 제1항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 연마 패드.
  21. 제20항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 용융 지수가 20 이하이고, 중량평균 분자량 (Mw)이 50,000 g/mol 내지 300,000 g/mol이며, 다분산 지수 (PDI)가 1.1 내지 6인 연마 패드.
  22. 제20항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 레올로지 가공 지수 (RPI)가 150 l/s의 전단 속도 (γ) 및 205℃의 온도에서 2 내지 10인 연마 패드.
  23. 제20항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 굴곡 탄성률이 30℃에서 200 MPa 내지 1200 MPa인 연마 패드.
  24. 제20항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유리 전이 온도가 20℃ 내지 110℃이고, 용융 전이 온도가 120℃ 내지 250℃인 연마 패드.
  25. 제19항에 있어서, 수분 흡수 중합체를 추가로 포함하는 연마 패드.
  26. 제25항에 있어서, 수분 흡수 중합체가 가교된 폴리아크릴아미드, 가교된 폴리아크릴산, 가교된 폴리비닐알콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마 패드.
  27. 제19항에 있어서, 연마 입자, 중합체 입자, 복합 입자, 액체 담체-가용성 입자 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 입자를 추가로 포함하는 연마 패드.
  28. 제27항에 있어서, 실리카, 알루미나, 세리아 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 연마 입자를 추가로 포함하는 연마 패드.
  29. 제1 비다공성 영역 및 제1 비다공성 영역에 인접한 제2 다공성 영역을 포함하는 중합체 물질을 포함하며, 여기서 제2 영역의 평균 기공 크기는 50 ㎛ 이하이 고, 제1 영역 및 제2 영역은 동일한 중합체 조성을 가지며, 제1 영역과 제2 영역간의 전이가 구조적으로 별개의 경계를 포함하지 않는, CMP용 연마 패드.
  30. 제29항에 있어서, 제2 영역내의 기공의 75% 이상이 평균 기공 크기의 20 ㎛ 이하 이내의 기공 크기를 갖는 연마 패드.
  31. 제29항에 있어서, 제3 공극 부피를 갖는 제3 영역을 추가로 포함하는 연마 패드.
  32. 제29항에 있어서, 다수의 제1 영역 및 제2 영역을 포함하는 연마 패드.
  33. 제32항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이 교대로 존재하는 연마 패드.
  34. 제33항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이 교대 선 또는 동심원 형태로 존재하는 연마 패드.
  35. 제29항에 있어서, 제1 영역 및 제2 영역이, 열가소성 엘라스토머, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머 고무, 스티렌계 중합체, 다환방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교된 폴리우레탄, 가교된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머 폴리에틸렌, 폴리테트 라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블럭 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체 수지를 포함하는 연마 패드.
  36. 제29항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 연마 패드.
  37. (a) 연마할 기판을 제공하는 단계,
    (b) 기판을 제1항의 연마 패드 및 연마 조성물을 포함하는 연마 시스템과 접촉시키는 단계, 및
    (c) 기판의 적어도 일부를 연마 시스템으로 마모시킴으로써 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는 기판의 연마 방법.
  38. (a) 연마할 기판을 제공하는 단계,
    (b) 기판을 제29항의 연마 패드 및 연마 조성물을 포함하는 연마 시스템과 접촉시키는 단계, 및
    (c) 기판의 적어도 일부를 연마 시스템으로 마모시킴으로써 기판을 연마하는 단계
    를 포함하는 기판의 연마 방법.
  39. (a) 중합체 수지를 포함하고 제1 공극 부피를 갖는 연마 패드 물질을 제공하는 단계,
    (b) 1 MPa 내지 40 MPa에서 연마 패드 물질에 초임계 기체를 가하는 단계, 및
    (c) 연마 패드 물질의 온도를 연마 패드 물질의 유리 전이 온도 (Tg) 초과의 온도로 증가시킴으로써, 연마 패드 물질의 하나 이상의 부분을 선택적으로 발포시키는 단계
    를 포함하며, 여기서 연마 패드 물질의 선택된 부분은 제1 공극 부피보다 큰 제2 공극 부피를 갖는 것인, 제1항의 연마 패드의 제조 방법.
  40. 제39항에 있어서, 기체가 C-H 결합을 함유하지 않는 것인 연마 패드의 제조 방법.
  41. 제40항에 있어서, 기체가 질소, 이산화탄소 또는 이들의 조합을 포함하는 것인 연마 패드의 제조 방법.
  42. 제41항에 있어서, 기체가 이산화탄소이고, 온도가 0℃ 내지 중합체 수지의 용융 온도이고, 압력이 1 MPa 내지 35 MPa인 연마 패드의 제조 방법.
  43. 제39항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머 고무, 스티렌계 중합체, 다환방향족, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교된 폴리우레탄, 가교된 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블럭 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 연마 패드의 제조 방법.
  44. 제39항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 연마 패드의 제조 방법.
  45. 제39항에 있어서, 제2 물질이 하나 이상의 동심원의 형상으로 존재하는 것인 연마 패드의 제조 방법.
  46. 제39항에 있어서, 제2 물질이 XY 망상선 패턴의 형상으로 존재하는 것인 연마 패드의 제조 방법.
  47. 삭제
  48. 제39항에 있어서, 연마 패드 물질의 하나 이상의 선택된 부분을 소정의 형상 또는 패턴을 갖는 제2 물질로 피복하고, 연마 패드 물질의 피복되지 않은 부분을 발포시키고, 제2 물질을 제거하여 선택된 부분을 노출시킴으로써, 연마 패드의 영역을 선택적으로 발포시키는 연마 패드의 제조 방법.
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