KR101563204B1 - 제어된 공동 형성을 가지는 연마 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폴리머내에 퍼져있는 구성요소들의 네트웍과 패드내에 형성되는 다수의 공동들을 포함하며, 상기 구성요소들의 네트웍의 적어도 일부분이 상기 공동의 적어도 일부분에 연결되는 화학적-기계적 평탄화 연마 패드를 제공한다. 또한 본 발명은 구성요소들의 네트웍과 적어도 하나의 폴리머 또는 반응성 프리폴리머을 포함하는 조성물을 제공하는 과정과, 상기 조성물에 가스를 도입하는 과정 및 상기 조성물내에 다수의 공동들을 생성하기 위하여 상기 가스를 사용하는 과정을 포함하는, 상기 패드를 형성하는 방법을 개시한다. 또한 본 발명은 폴리머 또는 반응성 프리폴리머내의 구성요소들의 네트웍에 힘을 적용하고, 그 후 힘을 제거하여 공동 을 형성하는 방법을 개시한다.

Description

제어된 공동 형성을 가지는 연마 패드{POLISHING PAD WITH CONTROLLED VOID FORMATION}

관련 출원의 상호 참조

본 출원은 2008년 4월 1일자로 출원된 미국 가특허출원 제61/041,422호의 우선권을 주장하며, 그 내용은 여기에서 참조로 포함된다.

본 발명은, 실리콘과 같은 비교적 평탄하거나 얇은 반도체 재료로로부터 형성되는 반도체 소자와 같은 재료의 연마(polishing)에 사용하기 위한 화학적/기계적(chemical/mechanical) 연마 패드(pad)에 관한 것이다. 연마 패드는 공동(voids)을 함유하는 섬유질의 폴리머 매트릭스(polymer matrix)를 포함할 수 있으며, 여기서 공동의 외형(모양), 분포, 크기 등은 제조 프로토콜에 의해 목표된 레벨로 조절된다.

반도체 웨이퍼, 블랭킷 실리콘 웨이퍼 및 컴퓨터 하드 디스크와 같은 미세 전자 장치(소자)(micro-electronic devices) 제조시 공정 단계로서, 화학적 기계적 평탄화(CMP; Chemical Mechanical Planarization)를 적용할 때, 장치 표면의 평탄화에 영향을 미치기 위해, 연마 패드는, 연마제-함유(abrasive-containing) 또는 연마제-무함유 슬러리(abrasive-free slurry)와 함께 사용될 수 있다. 장치 표면의 고 평면도(high degree of planarity), 전형적으로 옹스트롬(Angstoms) 단위로 측정되는, 를 달성하기 위해, 슬러리 흐름은 장치 표면과 패드 사이에 균일하게 분배되어야 한다. 이러한 슬러리의 균일한 분배를 이루기 위해, 연마 패드 상에 복수의 홈(a plurality of grooves) 또는 만입 구조(인덴테이션 구조)(indentation structure)가 제공될 수 있다. 복수의 홈들은 각각 개별 홈 폭이 0.010 인치 내지 0.050 인치이고, 깊이는 0.010 인치 내지 0.080 인치이고, 인접한 홈들 간의 거리는 0.12 인치 내지 0.25 인치일 수 있다.

홈들은 상기 언급된 이점들을 제공할 수 있지만, 그렇다 하더라도, 이들은 반도체 웨이퍼 상의 다이 (또는 단일 마이크로칩) 레벨(level)의 국소적(국부적)(local) 평탄화에 영향을 미치기에는 충분하지 않을 수 있다. 이는, 마이크로칩 상의 홈들(grooves)과 개별적인 배선부(개별적인 특징부)(individual features) (예컨대 상호 연결선)들간의 비교적 큰 차이에 기인할 수 있다. 예를 들어, 응용 ULSI 및 VLSI 마이크로칩의 배선 폭(연결선 폭)은, 연마 패드 상의 개별 홈들의 폭 및 깊이보다 많은 배수로 더 작은 0.35 마이크로미터(0.000014 인치)일 수 있다. 더욱이 마이크로칩 상의 배선 폭은, 인접한 홈들간의 거리보다 또한 수천배 더 작을 수 있어, 배선 폭 레벨에서 슬러리의 균일하지 못한 분배를 초래할 수 있다.

국소적(국부적)(local), 배선 폭 규모의 평탄화의 균일성을 향상시키기 위한 노력으로, CMP 패드 제조자는 어떤 경우에는 패드 표면에 에스페러티(꺼칠꺼칠함)(asperity), 또는 높은 영역 및 낮은 영역을 제공하였다. 이들 에스페러티의 크기는 20 마이크로미터내지 100 마이크로미터 초과의 범위일 수 있다. 이러한 에스페러티의 크기는, 홈과 비교해 보면, 마이크로칩 특징부의 크기에 더 가깝지만, 에스페러티는 연마 공정 동안에 형상 및 크기가 변화할 수 있고, 따라서 다이아몬드 연마제 입자가 장착된 컨디셔너(conditioner)로 연마 패드 표면을 마모시키는, 지속적인 재생(continuous regeneration)을 필요로 할 수 있다. 컨디셔너의 다이아몬드 연마제 입자들은, 일관된 평탄화를 유지하기 위하여, 패드와 슬러리와 장치 표면간의 마찰 접촉의 결과로 변형된 표면 에스페러티를 연속적으로 벗겨내고, 새로운 에스페러티를 노출시킨다. 그러나, 컨디셔닝(conditioning) 공정은, 변형된 에스페러티를 절단하기 위해 날카로운 다이아몬드 입자를 사용할 수 있기 때문에 불안정할 수 있다. 변형된 에스페러티의 절단은 잘 제어되지 않을 수 있어, 에스페러티의 크기, 형상 및 분포의 변화를 초래할 수 있고, 따라서 평탄화 균일성의 편차를 야기할 수 있다. 아울러, 컨디셔닝으로부터 발생되는 마찰 열은 또한, 전단 모듈러스(shear modulus), 경도(hardness) 및 압축률(compressibility)과 같은 성질을 포함한 패드의 표면 성질을 변화시킴으로써 평탄화의 비균일성(non-uniformity)의 원인이 될 수 있다.

본 발명은, 실리콘과 같은 비교적 평탄하거나 얇은 반도체 재료로 형성되는, 반도체 소자와 같은 재료의 연마 재료에 사용하기 위한 화학적/기계적 연마 패드를 제공하는데 있다.

본 발명의 연마 패드는 공동을 포함하는 섬유질의 폴리머 매트릭스(polymer matrix)를 포함할 수 있으며, 여기서 공동의 외형(모양), 분포, 크기 등은 제조 프로토콜에 의해 목표된 레벨로 조절된다.

화학적-기계적 평탄화 연마 패드를 형성하기 위한 제1 방법은, 구성요소들의 네트웍과, 폴리머 및 반응성 프리폴리머(prepolymer) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물(콤포지션)(compositon)을 제공하는 과정을 포함한다. 그후 상기 조성물에 제1가스를 도입하고, 상기 조성물내에 다수의 공동(void)을 생성하기 위하여 상기 가스를 사용할 수 있다.

화학적-기계적 평탄화 연마 패드를 형성하기 위한 제2 방법은, 구성요소들의 네트웍과, 폴리머 및 반응성 프리폴리머(prepolymer) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물(compositon)을 제공하는 과정을 포함한다. 상기 구성요소들의 네트웍은 길이, 폭 및/또는 두께의 치수(dimension)를 가지며, 상기 길이, 폭 또는 두께의 치수는 상기 폴리머 또는 반응성 프리폴리머 중 하나에서 힘의 적용에 의해 변화된다. 상기 힘이 제거될 때, 길이, 폭 또는 두께 크기 중 적어도 하나에서 치수가 변화하며, 이것은 하나 또는 다수의 공동을 형성하게 한다. 제2 방법은 단독으로, 또는/ 및 제1방법과 연계하여 사용될 수도 있다. 또한 폴리머와 반응성 프리폴리머의 조합물(combination)을 사용할 수도 있다.

또한, 폴리머내에 퍼져 있는 구성요소들의 네트웍과, 패드내에 형성되는 다수의 공동들을 포함하는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드를 제공하며, 여기에서,상기 구성요소들의 네트웍의 적어도 일부분은 상기 다수의 공동의 적어도 일부분과 연결된다.

구성요소들의 네트웍과, 폴리머 및 반응성 프리폴리머(prepolymer) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물(compositon)을 제공하는 과정을 포함하는 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법을 제공할 수 있다. 또한, 상기 조성물에 가스를 도입하고, 상기 조성물내에 다수의 공동(voids)을 생성하기 위하여 상기 가스를 사용할 수 있다.

첨부하는 도면과 함께 하기 발명의 실시 양태의 설명을 참조하면, 본 발명의 상기 언급된 특징 및 이점 및 그 밖의 특징 및 이점 및 이들을 달성하는 방식이 보다 명백해질 것이고, 본 발명을 보다 잘 이해할 것이다.
도 1은 폴리머 매트릭스(polymer matrix)내의 공동들(voids)의 예시도;
도 2는 폴리머 매트릭스내의 공동들의 다른 예시도;
도 3은 공동을 형성하기 위한 폴리머 매트릭스 적재층의 만입구조(indentations)의 예시도;
도 4는 공동 함량(void content)에 대한 수분 함량(water content)의 영향을 나타내는 표;
도 5는 공동 함량에 대한 예열(pre-heating) 패브릭(fabric)의 영향을 나타내는 표;
도 6은 공동 함량에 대한 몰드내에서의 갭(gap) 높이(height)의 영향을 나타내는 표;
도 7은 몰드 갭 높이가 40 밀리리터인 경우의 공동 함량을 나타내는 패드 단면의 주사 전자 현미경 사진(scanning electron micrograph); 및
도 8은 몰드 갭 높이가 10 밀리리터인 경우의 공동 함량을 나타내는 패드 단면의 주사 전자 현미경 사진;

본 발명은 다음의 명세서 또는 도시된 도면들에 개진된 구조적 상세함 및 구성 요소들의 배치에 따른 적용에 제한되지 않음을 알아야 한다. 여기에서의 실시예들은 다른 실시예가 될 수 있으며 다양한 방식으로 수행되거나 실시될 수 있다. 또한, 여기서 사용되는 구문이나 용어는 발명을 기술하기 위한 것이며, 제한적인 의미로 이해되어져서는 안 된다. "포함하는" 또는 "가지는" 이라는 용어의 사용은, 기재되어 있는 구성을 넘어서며, 균등하거나 추가적인 구성을 포함하기 위한 의미로 사용된다. 특별히 제한되어 있지 않는 한, "연결된", "접속된" 및 "장착된(설치된)" 이라는 용어는 넓게 사용된 용어이며, 직접적 및 간접적 연결 및 접속을 포함한다. 또한, "연결된" 및 "접속된" 은 물리적 또는 기계적 연경이나 접속에 제한되지 않는다.

본 발명은 실리콘 웨이퍼와 같은 기판을 연마 또는 평탄화하기 위한 과정에 사용되는 화학적 기계적 평탄화 연마 패드에 관한 것이다. 연마 패드 매트릭스는 폴리우레탄(polyurethane), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리설폰( polysulfone), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 에폭시(epoxy), 다양한 폴리에스테르(various polyesters),폴리이미드(polyimides), 폴리아미드(polyamides), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메틸메타그릴레이트(polymethylmethacrylates), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chlorides), 폴리비닐 알코올(polyvinyl alcohols) 및/또는 그것의 파생물 또는 공중합체(copolymer)를 포함하는 열 가소성(thermoplastic) 또는 열 경화성(thermoset) 폴리머를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 매트릭스(예를 들어 정해진 패드에 의해 정의되는 체적을 갖는)는 폴리우레탄 프리-폴리머(pre-polymer) 및 경화제(curing agent)를 포함하고, 우레탄 프리-폴리머를 교차 결합(crosslink) 및/또는 중합할(polymerize) 수 있다.

연마 패드는 폴리머내에 퍼져있는(dispersed), 서로 연결된 네트웍 및/또는 서로 연결되지 않은 구성요소들(elements)과 같은, 다수의 구성요소들을 포함할 수 있다. 상기 구성요소들은 파이버(fiber)로 형성될 수 있다. 상기 파이버는 용해성(예를 들어, 아쿠어스<aqueous> 슬러리 같이, 패드가 연마를 위해 사용될 때, 패드와 함께 사용하는 슬러리에서의) 또는 비용해성 또는 그것들의 혼합물일 수 있다. 더욱이, 파이버는, 0.1mm ~ 500mm의 길이, 그 범위내에서의 모든 수치를 포함하여,를 가질 수 있으며, 0.1μm ~ 100μm의 지름, 그 범위내에서의 모든 수치를 포함하여,을 가질 수 있다. 네트웍은 패브릭(fabric)으로써 제공될 수 있다. 상기 패브릭은 엮어지거나(woven) 엮어지지 않은(non-woven) 패브릭이 될 수 있다. 엮어지지 않은 패브릭들은 예를 들어, 카디드(carded), 스펀본드(spunbond) 또는 멜트 다운(melt blown) 패브릭을 포함할 수 있다. 이러한 패브릭들은 일반적으로 쉬트(sheet) 형태로서 제공되며, 그것은 일반적으로 제조되거나 롤(roll)로써 제공될 수 있는, 평평한(flat, planar) 형태(예를 들어, 길이와 폭이 상대적으로 얇은)의 특징을 가진다. 다른 재료의 쉬트들은 섬유재의 매트들을 포함할 수 있다.

구성요소들은 정해진 체적(양)(volume) 만큼 폴리머내에 존재할 수 있다. 예를 들어, 구성요소들은 연마 패드 체적(volume)의 2% ~ 75%, 그 범위 내의 모든 수치 포함하여, 만큼 존재될 수 있다. 상기 구성요소들은 상기 연마 패드내에서 비교적 균등하게 분포될 수 있으며, 즉, 상기 연마 패드의 체적이 정해지면, 그에 따라 구성요소들은 실질적으로 동일한 체적이 존재하게 된다. 더욱이, 상기 구성요소들은 상기 연마 패드의 체적을 통하여(through) 층으로 위치될 수 있으며, 따라서 폴리머의 층이 존재하고, 구성요소들의 층이 존재하는 것과 같을 수 있다. 또한, 구성요소들은 상기 연마 패드 주위로 일정한 기하학적 모양으로 위치하게 하는 것이 고려될 수 있다. 예를 들어, 상기 구성요소들은 나선형(spiral), 동심원을 갖는 링(concentric rings) 또는 다이아몬드(diamond) 패턴 또는 유사한 교차(similar intersecting) 패턴으로써 위치될 수도 있다.

또한 연마 패드는 다수의 기공(pores) 또는 공동(voids)을 포함하며, 이하 "공동"이라 한다. 상기 공동은, 미리 형성되고 구조적 공동 체적(preformed and structured void volume)을 가지는 어떠한 외부 부가물의 사용 없이 형성될 수 있다. 상기 기공 또는 공동은 0.1μm³ ~ 1,000,000μm³의 공간을 가지며, 그 범위안의 모든 수치, 예를 들어 100μm³ ~ 1,000,000μm³과 같은 공간으로 규정될 수 있다. 상기 공동은 폴리머내에서 물리적 또는 화학적 상호 작용에 의해 형성될 수도 있다. 예를 들어, 개별 구성요소들을 적시는(wet) 폴리머의 능력은 공동들의 생성에 영향을 미치는데, 예를 들어 폴리머가 개별 요소들을 잘 적시지 못하면, 공동들은 개별 구성요소들 주변에 생성될 수 있다거나, 상기 폴리머가 개별 요소들을 완전히 적시며, 공동들은 상당히 축소 및/또는 제거될 수 있다.

이러한 개념의 연장선상에서, 파이버 표면과 특정 접촉각을 제공하는 정해진 폴리머 레진을 선택할 수 있으며, 액상 레진이 파이버 네트웍내에서 경화될 때, 바람직한 공동 크기가 생성될 수 있음을 알아야 한다. 액상 레진(경화 이전)과 선택된 파이버의 표면 간의 접촉각은 조절될 수 있어, 친수성(hydrophilic) 표면이 소수성(hydrophobic) 레진과 연관되며, 따라서 접촉각은 비교적 크다(예를 들어 90도 이상). 친수성 레진과 조합되는 소수성 표면을 이용하는 것도 또한 고랴될 수 있다. 뿐만 아니라, 소수성 또는 친수적 특성의 중간에 있는 레진/파이버 결합을 사용할 수 있으며, 이 또한, 경화되면(upon cure) 요고하는 공동(void) 체적(volume)이 생성될 수 있다.

일 실시예에 있어서, 도 1에 도시된 바와 같이, 기공들(pores)(102)은 폴리머 매트릭스(106)(예를 들어 폴리머가 차지하는 체적)내에서 구성요소들의 네트웍(104)과 연결되지 않을 수도 있다. 다른 실시예에 있어서, 도 2에 도시한 바와 같이, 기공들(202)은 폴리머 매트릭스(206)내에서 구성요소들의 네트웍(204)과 연결될 수도 있을 것이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 공동은 하나 또는 그 이상의 구성요소들의 모든 또는 일부분을 둘러쌀 수 있다. 도시된 바와 같이, 구성요소들의 네트웍(204)의 일부분은 기공들/공동들(202)의 적어도 일부분내에 있을 수 있다. 다른 방식으로 기술하면, 기공들/공동들(202)의 적어도 일부분 각각은 상기 구성요소들의 네트웍(104)의 적어도 일부분을 포함할 수 있는 체적을 가질 수도 있다.

다른 실시예에 있어서, 상기 공동들은 상기 구성요소들내에 부가물을 결합하여 형성하거나, 휘발성을 가지고 가스를 형성하는 부가물로 코팅하는 것에 의해 형성될 수 있어, 요구되는 공동 크기와 분포를 갖는다. 따라서 상기 부가물은, 가스를 방출하거나 열에 노출되어 팽창하는 화학적 또는 열반응에 의해 공동을 제공할 수 있다. 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는, 주어진 환경 조건(예를 들어 열)에 노출되면 가스를 생성하는 화학적 성분으로 이해될 수 있는 발포제(blowing agent)를 사용할 수 있음을 이해할 것이다. 더욱이, 상기 공동은 중공(hollow) 파이버들을 사용하는 것에 의해 생성될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 파이버는 열의 부가에 따라 팽창하거나 가스를 방출할 수 있다. 뿐만아니라, 상기 공동들은 레이저, UV(Ultra-violet), 방사능과 같은 에너지원에 의해 활성화되어 생성될 수도 있다.

더욱 더 다른 실시예에 있어서, 도 3에 도시한 바와 같이, 상기 공동들은 다수의 구성요소들(304)를 포함하는 폴리머 매트릭스(306)의 적층에 의해 생성될 수 있으며, 상기 폴리머 매트릭스(306)층은 표면에 만입 구조(indentations)를 포함할 수도 있다. 적층이 형성될 때, 만입구조는 공동을 형성할 수 있다. 부가적인 실시예에 있어서, 상기 폴리머 매트릭스는 공동을 형성하기 위하여 갈라질 수도 있으며, 레이저(laser), 에칭(etching) 또는 엠보싱(embossing)이 공동을 형성하기 위해 사용될 수 있다.

상기 공동들은 상기 폴리머 매트릭스내에 공동(void) 체적(volume)을 형성할 수 있는데, 폴리머 매트릭스에 대하여 체적의 퍼센트로 공동을 정의한다. 일 실시예에 있어서, 상기 공동 체적은, 연마 패드 체적의 5% ~ 25%, 그 범위내의 모든 수치 포함하여, 가 될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 상기 공동 체적은, 상기 연마 패드의 체적의 10% ~ 75%, 그 범위내의 모든 수치를 포함하여, 가 될 수 있다.

상기 공동들은 상기 연마 패드내에서 비교적 균등하게 분포될 수 있으며, 연마 패드의 정해진 체적에 대하여 공동들은 실질적으로 동일한 체적으로 존재하게 된다. 더욱이, 상기 공동들은 상기 연마 패드의 체적을 통하여(through) 층으로(in layers) 위치될 수 있으며, 따라서 상기 공동의 층이 존재할 수 있으며, 그후 상기 폴리머 매트릭스의 층이 존재할 수 있다. 상기 공동들은 상기 연마 패드 주변에서 일정한 모양을 가지며 위치시키는 것을 고려할 수 있다. 예를 들어, 상기 공동들은 나선형(spiral), 동심원을 갖는 링(concentric rings), 또는, 다이아몬드 또는 유사한(diamond or similar) 교차 패턴(intersecting pattern)으로써 위치될 수도 있다.

상기 연마 패드는 폴리머 또는 프리폴리머, 어떤 경화제(curatives) 또는 첨가제(additives) 및 구성요소들을 선처리하여(preconditioning) 형성할 수 있다. 그후 상기 프리폴리머는 상기 경화제 또는 부가적 첨가제와 조합될 수 있으며, 몰드내에서 상기 구성요소들에 분배될 수 있다. 상기 몰드는 중합화가 진행되어, 연마 패드가 획득될 때까지, 세팅된 온도(set tempearture) 또는 온도 프로파일(temperature profile)에서 유지될 수 있다. 프리폴리머와 경화제의 반응은, 경화 또는 (교차 결합이 발생된다면) 겔화(gellation)로 이해될 수 있는 상대적으로 더 높은 분자량을 갖는 폴리머를 낳을 수 있다. 그후 상기 연마 패드는 제거되어, 오븐에서 정해진 시간 및 온도에서 경화 후처리 된다.

상기 연마 패드가 경화되면, 상기 연마 패드의 표면이 생기며, 또는 어떤 표면층을 제거하기 위하여 버핑될 수 있다(buffed). 소정의 홈(groove), 만입부(indents) 및 천공부(perforations)들이 부가될 수 있다. 또한 상기 연마 패드는 압력 민감 접착제와 같은 접착제(adhesive)를 사용하여 서브 패드로 라미네이트될(laminated) 수도 있다.

위에서 기술한 바에서 더 확장하여, 프리폴리머는 반응성일(reactive) 수 있고, 10,000보다 적거나 같은 평균 분자량 수를 가질 수 있다. 예를 들어, 프리폴리머(prepolymer)는 반응성 엔드그룹(말단)(end-group)를 포함할 수 있으며, 그후 경화제에 의해 함께 결합될 수 있으며, 여기서 경화제는 반응성 프리폴리머을 위한 공동반응제(co-reactant)로써 이해될 수 있는다. 예를 들어, 상기 프리폴리머는 반응성 유기 베이스(base) 엔드그룹을 포함할 수 있으며, 구체적으로는, 아미노기(-NH₂) 또는 하이드록실기(-OH)로 변성된 폴리에테르(polyether)(amino or hydroxyl terminated polyether)를 포함할 수 있으며, 상기 경화제는 두 개 또는 그 이상의 이소시아네이트(isocyanate) 그룹을 포함하는 이소시아네이트(-NCO) 화합물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 반응성 폴리머는 하이드록실기로 변성된 폴리에스테르(hydroxyl terminated polyesters), 또는 하이드록실기로 변성된 폴리디엔(hydroxyl terminated polydiene), 하이드록실기로 변성된 폴리부타딘(hydroxyl terminated polybutadiene)과 같은 하이드록실기로 변성된 폴리디엔스(hydroxyl terminated polydienes)를 포함할 수 있다. 더욱이, 알려진 바와 같이, 경화제(디이소시아네이트 화합물)와 반응성 폴리머의 결합이 조절되어, 비반응 이소시아네이트의 잔여 수치가 (예를 들어, 5.0중량% 또는 0.1~5.0중량% 보다 적거나 같은 경우) 남아있을 때, 정해진 양의 물이 도입되고, 그후 이소시아네이트와 반응하여, 패드내의 공동(void) 형성(formation)을 제공하기 위하여 의존되는 이산화탄소(carbon dioxide)를 형성할 수 있다.

이것과 관련하여, 물은 이소시아네이트와 결합되면, 발포제로써 이해될 수 있으며, 따라서 그것은 공동을 제공하기 위하여 사용되는 가스원(source of gas)을 제공하는 어떤 성분이 된다. 다른 발포제는 재배열 및/또는 스스로 가스 형태로 변환될 만큼 충분한 증기 압력을 갖는 어떤 유기 화합물을 포함할 수 있으며, 패드 내로 공동(voids)을 제공한다. 전형적으로, 열에 노출되면, 재배열되거나 가스로 변환되는 성분을 사용할 수 있다. 예를 들어, AIBN 또는 상대적으로 낮은 분자량의 프레온(freon) 또는 할로겐화된(halogenated) 프레온 형태의 화합물이 사용될 수 있다. 예를 들어, CTFM(chllrotrifluromethane)을 사용할 수 있다. 따라서, 발포제는 압력이 해제될 때 팽창하는 압축 가스, 침출될 때 기공을 남기는 가용성 고형물 , 가스로 변환할 때 셀(cell)을 형성하는 액체(liquids) 및 열적 환경하에서 가스를 형성하기 위해 분해(decompose) 또는 반응하는(react) 화학제(chemical agents)를 포함할 수 있다. 화학 발포제(chemical blowing agents)는 암모늄 또는 중탄산나트륨과 같은 단순한 솔트(salts)에서부터 에이전트(AIBN)을 방출하는 복합 질소(complex nitrogen)의 범위까지 사용할 수 있다.

좀더 구체적인 실시예로써, 하이드록실기로 변성된 폴리에테르와 디이소시아네이트로 변성된 화합물(diisocynate terminated compound)을 결합하고, 발포제(예를 들어, 중량 기준으로 발포제가 약 5.0%보다 적거나 동일한)하에서 반응시켜 폴리우레탄을 형성할 수 있다. 디이소시아네이트는 지방족(aliphatic) 및/또는 방향족(aromatic) 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 디이소시아네이트는 MDI(Methylene Bisphenyl Diisocyanate) 또는 톨루엔 디이소시아네이트(2.4-TDI 또는 2-2-TDI)를 포함할 수 있다. 상기 폴리에테르는 폴리에틸렌 산화물, 폴리프로필렌 산화물 및/또는 폴리에틸렌-폴리프로필렌 공중합체(copolymer)를 포함할 수 있다. 이러한 폴리에테르는 약 10,000보다 적거나 같은 분자량을 갖는다. 더욱이, 교차 결합의 바람직한 레벨(level)을 유도하기 위하여 2보다 더 큰 기능성(functionality)을 갖는 이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다.

또한, 상기에서 언급된 폴리우레탄 형성물(polyurethane formulations)은 희석제(extender)를 포함할 수 있으며, 희석제는 반응성 프리폴리머와 반응하여, 더 큰 전체 분자량을 제공하는, 상대적으로 작은 분자 화합물로써 이해될 수 있다. 전형적으로, 그러한 희석제들은 상대적으로 작은 분자량(500보다 낮거나 같은)의 디하이드록시(dihydroxy) 화합물 및/또는 디아민(diamine) 화합물과 같은 화합물이다. 이러한 디하이드록시 화합물 및/또는 디아민 화합물은 지방족 및/또는 방향족 구조에서 디하이드록시 및/또는 디아민 기능성(functionality)의 사용을 포함할 수 있다.

따라서, 여기에서의 연마 패드를 형성하기 위한 조성물은, (상대적으로 큰 분자량, 예를 들어 10,000이상의 평균 분자량의 수를 갖는) 폴리머 중 하나 또는 (언급한바와 같이, 10,000보다 적거나 같은 수의 분자량의 수를 갖는) 반응성 프리폴리머 중 하나를 포함할 수 있음을 알아야 한다. 따라서 상기 폴리머는 가열되어 유동화되며, 그 후 낮은 온도에서 연마 패드 생산에 제공되도록 고형화될 것이다. 따라서 상기 반응성 프리폴리머는 경화되어 (공동-반응하에서(in the presence of co-reactant)) 상대적으로 큰 분자량(예를 들어 10,000이상의 평균 분자량의 수를 갖는)으로 될 것이다. 추가로, 상기 언급한 바와 같이 폴리머를 반응성 프리폴리머/경화제와 결합하여 사용하는 것이 고려될 수 있다.

여기에서, 파이버를 구성요소들의 네트웍으로써 사용하며, 그러한 파이버는, 특정 레벨의 물/수분(예를 들어 0.1~5.0중량%), 이소시아네이트의 존재하에서의 수분,을 가지며, 가스를 발샹하고, 구성 요소들이 만나는 인터페이스에서 파이버상에 공동(voids)를 형성할 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 즉, 주로 반응성 프리폴리머와의 반응을 위한 목적을 가지는 디이소시아네이트의 반응물은, 파이버 내 또는 상에서 대기중의 습기(moisture) 레벨과 같은 잔여 수분(residual water)과 접촉될 수 있으며, 이산화탄소를 형성하기 위하여 반응하며, 그렇게 함으로써 파이버와 직접적으로 연관되는 공동(void)(예를 들어, 파이버의 모든 또는 일부분을 둘러싸는 공동)을 생성할 수 있다. 다른 방식으로 기술하면, 상기 네트웍의 적어도 일부분이 그러한 공동내에 있거나, 그러한 공동의 적어도 일부분이 구성요소들의 네트웍의 일부분을 포함하는 결과를 의미한다. 잔여의 물(residual water)을 함유한 파이버 재료는 좀더 높은 레벨의 공동 함량(void content)을 제공하기 쉬울 것이라는 것을 더욱더 알아야 한다.

상기 연마 패드가 평탄화(planarization) 또는 연마(polishing) 동안 닳게됨에 따라, 구성요소들 및/또는 공동들은 노출될 수 있다. 상기 구성요소들 및/공동들이 연마용제와의 접촉에서 용해되며, 상기 구성요소들 및/또는 공동들은 여러가지 기하학적 구조의 공동들을 제공하게 될 수 있다.

그러한 공동들은 패드가 연마에 사용될 때, 패드와 함께 사용되는, 수용성 슬러리(aqueous slurry)와 같은, 슬러리에서 용해될 수 있는 구성요소들의 네트웍과 결합될 때 특히 유용할 것이라는 점을 더욱 인식할 수 있다. (용해성 파이버와 같은) 용해성 구성요소들의 네트웍이 사용되며, 상기 구성요소들의 네트웍이 용해될 때, 상기 구성요소들의 네트웍이 차지하는 공간은 이제 슬러리에 의해 대체될 수 있을 것이다. 여기서, 파이버 주변에서 형성되는 공동들 때문에, 상기 파이버가 용해되면, 상기 슬러리가 차지하는 공간의 체적은, 공동들의 증가된 체적에 의해 증가된다. 따라서, 그러한 패드들은 상대적으로 많은 양의 슬러리를 함유할 수 있을 것이다.

공정 조건에 의하면, 공동 함량은 특히, 폴리머와 함께 제공되는 수분 함량, 계면활성제 레벨, 구성요소들의 네트웍의 예열, 및 몰드내의 갭의 위치 변화에 의해 변화됨을 알 수 있었다.

도 4는, 폴리머(우레탄)내의 수분 함량이 0.5%에서 1%로 증가함에 따라, 계면활성제 레벨이 0.1%에서 0.2%로 증가하는 것과 함께, 패드의 공동 함량이 증가하고 패드 밀도가 감소되는 것을 보여주고 있다.

도 5는, 도 4에 도시된 공동 함량과 비교하여, 구성요소들의 네트웍(패브릭)이 예열될 때, 공동 함량이 감소되며, 패드 밀도가 증가하는 것을 보여주고 있다.

도 6은, 몰드의 갭 높이가 130 밀리리터(0.130 inches)에서 100 밀리리터(0.1000inches)로 변화할 때, 공동이 성장될 수 있으며, 그리고 공동 함량은, 가스의 무존재하에서, 형성된 폴리머와 관련하여, 구성요소들의 네트웍(패브릭)에서 증가되는 것을 나타내고 있다. 즉, 공동들은 아래에 좀 더 상세하게 설명된 바와 같이, 폴리머내의 정해진 압력으로부터, 패브릭(fabric)의 탄성 복원(elastic recovery)과 같은, 기본적으로 기계적인 수단(primarily mechanical means)들에 의해 형성되는 것으로 이해되할 수 있다.

우선, 도 6에 있어서 갭 높이는 몰드의 둘러싸여진 체적의 높이와 관련있음을 이해해야 한다. 이 특정한 실시예에 있어서, 상기 몰드는 약 34인치의 폭과 34인치의 길이를 갖는다. 그러나 여기에서 연마 패드의 생산을 위하여 적절하다고 고려될 어떤 크기의 몰드도 고려할 수 있다. 더욱이, 상기 몰드는 외부와 통기되는 상대적으로 작은 개구들(openings)을 포함하며, 따라서 상기 몰드는 통풍될 수 있고/있거나 공기는 공동을 형성하기 위하여 몰드내로 유입될 수 있다. 즉, 도 6에 도시된 데이터에 의하여, 사용된 패브릭은 구체적으로 약 130밀리리터의 두께를 갖는다. 따라서, 약 130밀리리터의 갭 높이를 갖도록 제공되는 몰드내에 위치될 때, 상기 패브릭은 큰 압축을 받지 않을 것이다. 대안적으로, 100밀리리터의 몰드 갭 높이가 같은 130밀리리터의 두께를 갖는 패브릭에 적용될 때, 상기 패브릭은 압축을 받는다고 생각할 수 있을 것이다. 그후, 그러한 압축이 해제되면, 상기 패브릭은 리바운(탄성 복원)되며, 몰드 및 폴리머내로 공기가 유입되며 그러한 결과로 공동 형성이 이루어진다. 공기 또는 어떤 다른 가스의 유입은 바람직하며, 형성된 폴리머는 상기 패브릭에 부착되는 형태의 결과를 가져오며, 그리고 상기 패브릭이 리바운드될 때, 축소된 압축 영역이 국부적으로 형성될 수 있고, 그것에 의해서 몰드벤트(mold vent)를 통한 가용 가스가 유입되고, 공동 성장을 이루게 된다. 그러므로 도시된 바와 같이, 130밀리리터의 갭 높이에서 공동 함량은 상대적으로 더 적으며(8.7%), 100밀리리터의 갭 높이에서 공동 함량은 상대적으로 더 큰 값(29.57%)으로 증가된다.

그러므로 선택된 패브릭에 힘을 적용하는 것에 대하여, 그러한 힘을 패브릭의 길이, 폭 및/또는 두께와 같은 패브릭의 적어도 하나의 물리적 수치(dimension)에 적용될 수 있음을 알 수 잇을 것이다. 이러한 수치들 중 하나에 힘을 적용하는 것으로, 상기 패브릭은 길이, 폭 또는 두께 중 하나가 변화될 것이다. 상기 힘이 제게될 때, 길이, 폭 또는 두께 수치 중 적어도 하나의 수치가 다시 변화하며(예를 들어 패브릭은 원래의 수치로 되돌아가려고 한다), 그것은 하나 또는 다수의 공동 을 형성하게 한다. 예를 들어 힘이 제거될 때, 압축되었던 구성요소들의 네트웍은 복원되려하고, 상기 언급한 바와 같이, 그후 이것은 가스를 유입시키고 공동 형성을 가능하게 한다.

따라서, 선택된 몰드내에서 패브릭 두께를 압축하여 축소하고, 그 후 힘을 제거하여 공동 형성물을 생성하는 것이 편리한 반면에, 패브릭의 길이 및/또는 폭 및/또는 두께의 수치를 확대하여 유사한 결과를 얻을 수 있음을 이해하여야 한다. 추가적으로, 원한다면, 모든 수치(길이, 폭 및 두께)를 축소 또는 확대할 수 있다. 따라서, 본 발명의 넓은 맥락에 있어서, 구성요소들의 네트웍(예를 들어 패브릭)은 수치가 변화될 때(길이, 폭 또는 두께 중 어느 하나가 증가 또는 감소되는), 연마 패드의 체적 내에서, 하나 또는 다수의 공동을 형성하게 한다. 그러한 관점에서, 예를 들어 구성요소들의 네트웍의 길이, 폭 또는 두께의 특정 수치를 확대하고, 그후 복원될 때, 네트웍 요소로써 공동을 형성하는데, 이는 연관된 폴리머 또는 반응성 프리폴리머와 함께 하나 또는 그 이상의 크기로 축소되어 공동 형성을 결과한다는 것으로 이해할 수 있다.

뿐만 아니라, 패브릭을 정함에 있어서, 탄성 특성(예를 들어 탄성 거동), 탄성 특성의 탄성 거동은 공동 형성물을 위하여 작용하는, 에 따라 패브릭을 선택할 수 있음을 알 수 있다. 본 발명의 맥락에 있어서, 정해진 작용하는 힘과 상응하는 수치 변화(dimensional change)에 대하여, 패브릭은 1.0% ~ 99%, 이 범위의 모든 값을 포함하여, 의 탄성 복원(elastic recovery)을 갖는다. 또한 상기 패브릭은 이러한 탄성 복원 특성과 함께 200%까지의 탄성 신장도(elastic elongation)를 가질 수 있다. 이해되는 바와 같이, 상대적으로 더 큰 탄성 복원은 몰드내로의 상대적으로 더 큰 가스의 유입을 유도하며, 그것에 의해 상대적으로 더많은 양의 공동 형성을 제공한다. 그러한 점에서, 1% ~ 10%의 탄성 복원을 갖는 패브릭이, 정해진 CMP 타입 어플리케이션(CMP tyle application)을 위한 공동 성장(void development)에 충분할 수 있다는 것을 알 수 있다.

각각 상기 기술하였던 기계적 수단의 사용에 의한 공동 함량에 대한 실질적 차이를 도 7 및 도 8에 도시하고 있다. 각각 동일한 확대 크기에서의 주사 전자 현미경 사진으로부터, 형성된 폴리머로 가스가 유입되기 위하여 상기 패브릭의 탄성 복원을 이용할 수 있고, 그것에 의해서 화학적 기계적 연마 패드내에 공동이 생성됨을 보여 준다. 위에서 업급한 바와 같이, 상기 패브릭이 작용된 힘에 대한 복원을 통하여 공동을 형성하는 이러한 방법은 단독으로 및/또는 휘발성 가스(열에 의해 가스를 형성시키는 첨가제로부터의)와 함께 사용될 수 있다. 즉, 상기 휘발성 가스와 유입 가스는(둘다 공기일 수 있음) 같거나, 서도 다를 수 있다(예를 들어 공기 대 질소).

전술한 몇몇 방법들 및 실시예들의 설명은 예시를 목적으로 제시된 것이다. 이는 총망라하는 것을 의도하는 것은 아니며, 명백하게도 많은 수정 및 변형이 상술한 교시의 관점에서 가능하다.

102, 202: 공동 104, 204: 구성요소들의 네트웍
106, 206, 306: 폴리머 매트릭스 304: 다수의 구성요소
306: 308: 만입부

Claims (32)

1. 패브릭(fabric) 형태로 제공되는 구성요소들의 네트웍과, 폴리머 또는 반응성 프리폴리머(prepolymer) 중 적어도 하나를 포함하는 조성물(compositon)을 제공하는 과정에 있어, 상기 조성물은, 몰드(mold)내에 상기 구성요소들의 네트웍을 배치시킨 후, 상기 폴리머 또는 상기 반응성 프리폴리머 중 적어도 하나를 몰드 내에 도입하는 것에 의해 제공되는 과정;
   상기 조성물에 제1가스를 도입하는 과정;
   상기 조성물 내에 0.1 ㎛³ 내지 1,000,000 ㎛³ 의 공간을 가지는 다수의 공동(a plurality of voids)을 생성하기 위하여 상기 가스를 사용하는 과정; 및
   상기 패브릭 형태의 구성요소들의 네트웍이 상기 폴리머 또는 상기 반응성 프리폴리머 내에 분산되고, 상기 다수의 공동이 패드 내에 형성되며, 상기 구성요소들의 네트웍의 적어도 일부분은 상기 다수의 공동 중 적어도 일부분에 연결되고, 상기 구성요소들의 네트웍은 다수의 수용성 파이버들을 포함하고, 상기 파이버들은 0.1 mm 내지 500 mm 범위의 길이 및 0.1 ㎛ 내지 100 ㎛ 의 직경을 가지고, 패드의 부피에 대해 2% 내지 75%의 수준으로 존재하는 연마 패드를 형성하는 과정
   을 포함하는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 조성물에 제1가스를 도입하는 과정은, 가스를 제공하기 위하여 휘발되는 상기 조성물의 성분(component)에 의해 이루어지는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 성분은, 화학적 반응, 열적 반응 및 열 노출 중 적어도 하나의 결과로, 휘발되는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 성분은 발포제(blowing agent)를 포함하는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 성분은 상기 구성요소들의 네트웍으로 제공되는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 조성물에 제1가스를 도입하는 과정은, 상기 조성물 내의 발포제를 가스가 생성되는 조건에 노출시키는 것에 의해 이루어지는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
7. 제 6항에 있어서,
   상기 발포제는 상기 구성요소들의 네트웍으로 제공되는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 제1가스는 몰드내의 상기 조성물의 겔화 상태에서 상기 조성물에 도입되는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
   
10. 삭제
11. 제 1항에 있어서,
    상기 구성요소들의 네트웍은 서로 연결되는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법
    
12. 제 1항에 있어서,
    상기 구성요소들의 네트웍은 패드내에 한 층(layer)으로 제공되는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
    
13. 제 1항에 있어서,
    상기 구성요소들의 네트웍의 적어도 일부분은 친수성인(hydrophilic), 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
    
14. 삭제
15. 삭제
16. 삭제
17. 제 1항에 있어서,
    상기 구성요소들의 네트웍의 적어도 일부분은 상기 패드가 연마에 사용될 때, 상기 패드와 함께 사용되는 슬러리의 존재하에서 용해성이 있는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
    
18. 제 17항에 있어서,
    상기 구성요소들의 네트웍은 상기 슬러리에서 용해성이 있는 다수의 파이버를 포함하는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
    
19. 제 1항에 있어서,
    상기 구성요소들의 네트웍은 길이, 폭 또는 두께의 치수(dimension)를 가지며, 상기 길이, 폭 또는 두께의 치수는, 상기 폴리머 또는 상기 반응성 프리폴리머 중 하나에 힘이 적용될 때 변화되며, 여기에서, 상기 힘이 제거되면, 상기 하나 또는 다수의 공동을 형성하기 위하여 상기 길이, 폭 및 두께 중 적어도 하나는 그 치수가 변화하는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
    
20. 제 1항에 있어서,
    상기 제1가스는 공기를 포함하는, 화학적-기계적 평탄화 연마 패드 형성방법.
    
21. 삭제
22. 삭제
23. 삭제
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