KR101674564B1 - 다층 화학-기계적 평탄화 패드 - Google Patents

다층 화학-기계적 평탄화 패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 화학 기계적 평탄화 패드와 화학 기계적 평탄화 패드를 제조 및 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 화학 기계적 평탄화 패드는 수용성 조성물 및 상기 수용성 조성물의 물에서의 용해도보다 낮은 용해도를 나타내는 비수용성 조성물을 포함하는 제 1 구성요소를 포함할 수 있고, 상기 수용성 조성물 및 상기 비수용성 조성물 중 적어도 하나는 섬유로 형성될 수 있다. 또한, 상기 화학 기계적 평탄화 패드는 제 2 구성요소를 포함하고, 상기 제 2 구성요소의 연속 상 내에서 상기 제 1 구성요소가 개별 상으로서 존재하고, 상기 수용성 조성물은 용해에 의해 10 나노미터 내지 200 마이크로미터의 크기를 갖는 공극을 제공할 수 있다.

Description

다층 화학-기계적 평탄화 패드{Multi-layered chemical-mechanical planarization pad}
본 발명은 반도체 웨이퍼들 및 베어 기판(bare substrate) 실리콘 웨이퍼들, CRT, 평면 디스플레이 스크린들 및 광학 유리와 같은 다른 표면들의 화학-기계적 평탄화(Chemical-Mechanical Planarization; CMP)에 유용한 연마 패드(polishing pad)들에 관한 것이다. 본 출원은 2009년 1월 5일에 출원한 미국 가특허 출원 제61/142,544호를 우선권 주장하며, 이 문헌은 그 전체가 인용에 의해 여기에 통합된다.
반도체 웨이퍼 연마에 있어서, VLSI(Very Large Scale Integration) 및 ULSI(Ultra Large Scale Integration) 회로들의 출현은 반도체 기판상의 더 작은 영역에 상대적으로 더 많은 디바이스들을 패킹하는 결과를 낳았고, 이는 높은 밀도의 패킹을 가능하게 하기 위하여 요구되는 고해상도 리소그래피 공정(higher resolution lithographic processes)을 위한 더 높은 편평도(degree of planarity)를 필요로 할 수 있다. 또한, 구리 및 다른 상대적으로 연성 금속들 및/또는 합금들은 상대적으로 낮은 저항으로 인해 인터커넥트(interconnect)로서 점점 더 사용되고 있고, 연성 금속 표면상의 치명적인 스크래치 결함이 없이 상대적으로 높은 연마 편평성(planarity)을 제공하는 CMP의 능력이 신형 반도체의 생산에 있어서 상대적으로 중요해질 수 있다. 연마되는 기판 표면에 대한 로컬 컴플라이언스(compliance)를 줄이기 위하여, 연마의 높은 편평성은 강하고 견고한 패드 표면을 요구할 수 있다. 그러나, 상대적으로 강하고 견고한 패드 표면은 또한 동일한 기판 표면상에 스크래치 결함을 발생시켜, 연마되는 기판의 생산률을 감소시키는 경향이 있을 수 있다.
본 발명의 일 측면은 화학 기계적 평탄화 패드에 관한 것이다.
상기 화학 기계적 평탄화 패드는 수용성 조성물 및 상기 수용성 조성물의 물에서의 용해도보다 낮은 용해도를 나타내는 비수용성 조성물을 포함하는 제 1 구성요소를 포함할 수 있고, 상기 제 1 구성요소의 상기 수용성 조성물 및 상기 비수용성 조성물의 적어도 하나는 섬유로 형성된 것이다. 또한, 상기 화학 기계적 평탄화 패드는 제 2 구성요소를 포함할 수 있고, 상기 제 1 구성요소는 상기 제 2 구성요소의 연속 상 내에 개별 상으로서 존재하고, 상기 수용성 조성물은 용해에 의해 10 나노미터 내지 200 마이크로미터의 범위의 크기를 갖는 공극(pore)을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 측면은 상기 패드와 같은 화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법에 관한 것이다. 상기 화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법은, 수용성 물질 및 비수용성 물질을 포함하는 제 1 구성요소를 형성하는 단계를 포함할 수 있고, 여기에서 상기 수용성 물질 및 상기 비수용성 물질의 적어도 하나는 섬유로 형성된 것이다. 또한, 상기 화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법은, 제 2 구성요소의 연속 상 내에 개별 상으로서 상기 제 1 구성요소를 임베드하는(embedding) 단계를 포함할 수 있고, 여기에서 상기 수용성 조성물은 용해에 의해 10 나노미터 내지 200 마이크로미터의 범위의 크기를 갖는 공극을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 측면은 기판을 연마하는 방법에 관한 것이다. 상기 기판을 연마하는 방법은, 상기 화학 기계적 평탄화 패드와 같이, 화학 기계적 평탄화 패드와 슬러리를 기판과 접촉시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 화학 기계적 평탄화 패드는, 수용성 조성물 및 상기 수용성 조성물의 슬러리 내의 용해도보다 낮은 용해도를 나타내는 비수용성 조성물을 포함하는 제 1 구성요소를 포함할 수 있고, 제 1 구성요소의 상기 수용성 조성물 및 상기 비수용성 조성물의 적어도 하나는 섬유로 형성된다. 또한, 상기 화학 기계적 평탄화 패드는 제 2 구성요소를 포함할 수 있으며, 상기 제 1 구성요소는 제 2 구성요소의 매트릭스 내에 개별 상으로서 존재하고 상기 수용성 조성물은 용해시 10 나노미터 내지 200 마이크로미터의 범위의 크기를 갖는 공극을 제공하는 것일 수 있다.
본 발명의 상기 언급된 특징 및 다른 특징, 및 그들을 이루는 방법들은, 첨부하는 도면과 함께 하기 발명의 실시예의 설명을 참조하면, 명백해질 것이고 또한 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1a는 직물을 포함할 수 있는 층들로 배치된 비수용성 물질 및 수용성 물질을 포함하는 제 1 구성요소의 일 예를 나타낸다.
도 1b는 직물을 형성하도록 결합된 비수용성 물질 및 수용성 물질을 포함하는 제 1 구성요소의 일 예를 나타낸다.
도 1c는 섬유를 포함할 수 있는, 비수용성 물질의 매트릭스에 분산된 입자 형태의 수용성 물질을 포함하는 제 1 구성요소의 일 예를 나타낸다.
도 2는 화학 기계적 평탄화 패드의 일 예의 단면도를 나타낸다.
도 3은 화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법의 일 예의 흐름도를 나타낸다.
도 4는 화학 기계적 평탄화 패드를 사용하는 방법의 일 예의 흐름도를 나타낸다.
본 발명은 높은 편평도(degree of planarity) 및 낮은 스크래칭 결함(scratching defect)이 중요한 반도체 웨이퍼 기판의 화학-기계적 평탄화(Chemical-Mechanical Planarization; CMP)에 특히 유용한 연마 패드(polishing pad) 제품, 이의 제조 방법 및 이의 사용 방법에 관한 것이다. 일반적으로 도 2에 도시되고, 아래에 더 기술되는 바와 같이, CMP 패드(200)는 각각 다른 수용성(water solubility)을 나타내는 둘 또는 그 이상의 조성물을 포함하는 제 1 구성요소(210) 또는 제 1 개별 상(discrete phase), 및 하나의 중합체 물질(polymeric substance) 또는 둘 또는 그 이상의 중합체 물질의 혼화가능한 혼합물(miscible mixture)을 포함하는 제 2 구성요소(220) 또는 제 2 연속 상(continuous phase)을 포함할 수 있으며, 상기 제 1 및 제 2 구성요소들은 본원에 기술된 바와 같이 다양한 비율 및 배치로 패드 내에 결합되어 있다. 또한, 상기 제 2 구성요소에 대한 둘 이상의 혼화가능한 중합체 성분의 혼합물이라 함은 두개의 중합체 물질이 결합할 수 있으며, 개별 상으로서 상기 제 1 구성요소를 포함하는 연속 상을 제공하는 상태로서 이해될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 1 구성요소는 수용성 물질 및 비수용성 물질을 포함할 수 있으며, 이들 중 하나 또는 둘은 섬유(fiber) 형태일 수 있다. 다른 실시예들에서, 상기 비수용성 물질은 항상 섬유 형태일 수 있다. 여기에서 수용성이라 함은, 적어도 부분적으로 물에 용해되는 물질의 능력으로 이해될 수 있다. 예를 들어, 물질은, 모든 값(all values) 및 증가분을 포함하여, 물 100부(part) 당 30 내지 100부의 물에 대한 용해도, 및 모든 값과 증가분을 포함하여, 5초 내지 60초 이상의 용해 시간(dissolution time)을 가질 수 있다. 다른 말로 하면, 물질은 모든 값 및 증가분을 포함하여, 실온 또는 상승된 온도 및/또는 노출 압력 또는 기계적 작용 하에 수초 내지 360분에 걸쳐 물에 적어도 부분적으로 용해될 수 있다. 그러한 용해도는 아래에 기술된 수계 기반 슬러리(aqueous based slurry)를 사용할 수 있는 화학 기계적 평탄화 공정에서 달성될 수 있다. 상기 제 1 구성요소의 수용성 물질은, 하기의 하나 또는 그 이상의 폴리(비닐알콜), 폴리(아크릴산), 말레산(maleic acid), 알기네이트류(alginates), 다당류(polysaccharides), 폴리사이클로덱스트린류(poly cyclodextrins) 뿐 아니라 이들의 염(salt), 이들의 공중합체, 및/또는 이들의 유도체를 포함할 수 있다. 상기 제 1 구성요소의 비수용성 물질은, 폴리에스테르, 폴리아미드, 폴리올레핀, 레이온(rayon), 폴리이미드(polyimide), 폴리페닐 술파이드(polyphenyl sulfide) 등과 같은, 이들의 조합물을 포함하는 하나 또는 그 이상의 비수용성 물질을 포함할 수 있다. 여기에서 상기 비수용성 물질은 위에서 언급한 수용성 물질보다 더 낮은 수용성을 갖는 물질로 이해될 수 있다. 예를 들어, 상기 비수용성 물질은 물 100부당 약 10부와 같거나 또는 그 이하의 수용성을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 1 개별 구성요소의 수용성 물질은, 모든 값 및 증가분을 포함하여 0.3 gm/cc 내지 1.3 gm/cc의 밀도 및 10 쇼어 A(Shore A) 내지 60 쇼어 D 이상의 듀로미터 경도(Durometer hardness)의 상기 물리적 특성 중 하나 이상을 가질 수 있다. 유사하게, 상기 제 1 개별 구성요소의 비수용성 물질은, 모든 값 및 증가분을 포함하여 0.3 gm/cc 내지 1.3 gm/cc의 밀도 및 10 쇼어 A 내지 80 쇼어 D 이상의 듀로미터 경도의 상기 물리적 특성 중 하나 이상을 가질 수 있다. 다양한 실시예들에서 인식될 수 있듯이, 비수용성 물질의 경도는 수용성 물질의 경도보다 크거나, 동일하거나 또는 작을 수 있다.
어떤 일 실시예에서, 도 1a에 도시된, 상기 제 1 구성요소(110)는 위에서 기술된 물질들로 형성된 비수용성 부직포(nonwoven) 직물의 제 2 층(104)상에 포개진 수용성 부직포 직물의 제 1 층(102)을 포함할 수 있다. 다른 일 실시예에서, 도 1b에 도시된, 상기 제 1 구성요소(110)는, 구체적으로 위에서 기술된 물질로 형성된 수용성 섬유(102) 및 비수용성 섬유(104)의 상대적으로 균일한 혼합물을 포함하는 부직포 직물을 포함할 수 있다. 또한, 다른 일 실시예에서, 상기 제 1 구성요소는 또한 직물(woven) 또는 편직(knit) 물질일 수 있다. 또 다른 일 실시예에서, 도 1c에 도시된, 상기 제 1 구성요소(110)는 위에서 기술된 물질로 다시 형성된 수용성 입자들(102)을 포함할 수 있다. 상기 수용성 입자들은 비수용성 물질(104)에 임베드되거나, 상기 비수용성 물질과 결합될 수 있다. 더구나, 상기 수용성 입자들은 수용성 직물의 모두 또는 일 부분을 교체할 수도 있다. 즉, 수용성 물질의 층(102)은 상기 수용성 입자들과의 결합에서 두 수용성 섬유들을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 1 구성요소와 관련하여, 상기 수용성 물질(102)은 수용성 물질과 비수용성 물질의 조합의 0.01 wt% 내지 99.99 wt%의 범위, 예를 들어 0.2 wt% 내지 0.8 wt%의 범위로 비수용성 물질(104)과 함께 존재할 수 있다. 따라서, 상기 비수용성 물질은 수용성 물질과 비수용성 물질의 조합의 0.01 wt% 내지 99.99 wt%의 범위로 존재할 수 있다. 또한, 상기 제 1 구성요소는 제 1 및 제 2 구성요소들의 조합의 0.01 wt% 내지 99.99 wt%, 예를 들어, 0.3 wt% 내지 0.7 wt%의 범위로 존재할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 2 구성요소(220)는 개별 상으로서 존재하는 상기 제 1 구성요소(210)에 대하여 연속 상으로서 작용한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 제 1 구성요소(210)는 제 2 구성요소(220) 내에 비교적 균일하게 분산될 수 있다. 이는 비교적 유사한 무게 또는 부피의 제 1 구성요소가 제 2 구성요소 전체에 존재할 수 있는 상태로서 이해될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 상기 제 1 구성요소는 패드 전체에 걸쳐 다양한 그래디언트(gradient)들을 따라 제 2 구성요소의 연속 상 내에 분산될 수 있거나, 또는 제 1 구성요소는 패드의 연마표면과 같은 표면 근처에 선택적으로 제공된다. 이러한 점에서, 제 2 구성요소는 제 1 구성요소가 그 안에 분산되어 있는 연속 상으로서 고려될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 2 구성요소(220)는 폴리우레탄과 같은 단일 중합체 물질, 또는, 위에서 언급한 바와 같이, 다른 물리적 및 화학적 특성들을 갖는 폴리우레탄과 같은 비수용성인 둘 또는 그 이상의 중합체 물질의 혼화가능한 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 혼화성(miscibility)이라 함은 연속 상을 제공하는 비교적 균일한 혼합물로서 이해될 수 있으며, 여기에서 제 2 구성요소를 형성하는 중합체 물질의 개별 상은, 0.1% 내지 24.9% 등과 같은 0% 내지 25% 범위 내의 모든 값과 증가분을 포함하여 제 2 구성요소의 25 wt% 또는 그 이하의 레벨로 존재할 수 있다.
따라서, 상기 제 2 구성요소는 하나 이상의 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 상기 제 2 구성요소를 형성하는데 적합한 폴리우레탄 물질은, 폴리우레탄의 여러가지 용매 및/ 또는 물-기반 용액 및 분산물 뿐 아니라 경화제(curatives)와 반응된 폴리우레탄의 전중합체(pre-polymer), 주입(injection), 압출(extrusion), 블로우 몰딩(blow molding) 또는 RIM 공정에 사용되는 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 연마 패드 매트릭스는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리술폰(polysulfone), 폴리페닐렌 술파이드(polyphenylene sulfide), 에폭시(epoxy), 여러가지 폴리에스테르(polyesters), 폴리이미드(polyimides), 폴리아미드(polyamides), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylates), 폴리염화비닐(polyvinyl chlorides), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohols), 및/또는 이들의 유도체 또는 이들의 공중합체와 같은 다른 열가소성(thermoplastic) 또는 열경화성(thermoset) 중합체들로 구성되거나 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 2 구성요소를 형성하는 하나 이상의 중합체 물질이 존재하는 경우, 상기 제 2 구성요소를 형성하는 제 1 중합체 물질은 1 wt% 내지 99 wt%의 범위로 존재할 수 있고, 제 2 중합체 물질은 99 wt% 내지 1 wt%의 범위로 존재할 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 또한, 상기 제 2 구성요소를 형성하는 제 3 중합체 물질은 제 2 구성요소의 1 wt% 내지 98 wt%의 범위로 존재할 수 있고, 그 안에는 모든 값 및 증가분이 포함된다. 따라서, 예를 들어, 제 1 중합체 물질은 제 2 구성요소의 25 wt% 내지 90 wt%의 범위로 존재할 수 있고, 제 2 중합체 물질은 제 2 구성요소의 10 wt% 내지 75 wt%의 범위로 존재할 수 있다. 다른 예에서, 제 1 중합체 물질이 제 2 구성요소의 5 wt% 내지 90 wt%의 범위로 존재할 수 있고, 제 2 중합체 물질은 제 2 구성요소의 5 wt% 내지 75 wt%의 범위로 존재할 수 있고, 제 3 중합체 물질은 제 2 구성요소의 5 wt% 내지 90 wt%의 범위로 존재할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제 2 구성요소는 0.3 gm/cc 내지 1.2 gm/cc의 밀도, 30 쇼어 A 내지 90 쇼어 D의 듀로미터 경도 및 10 메가파스칼(megapascal) 내지 500 메가파스칼 이상의 압축률(compression modulus)의 물리적 특성 중 하나 또는 그 이상을 가질 수 있다. 어떤 예에서, 상기 제 2 구성요소는 상기 제 1 구성요소의 비수용성 물질의 경도보다 큰 경도를 가질 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 경도에서의 차이는, 주어진 스케일의 경도를 따라 쇼어 경도 1 유닛(unit) 내지 70 유닛의 범위, 예를 들어, 1 유닛 쇼어 경도, 10 유닛 쇼어 경도, 50 유닛 쇼어 경도 등이 있으며, 그 안의 모든 값 및 증가분이 포함되는 것으로 이해될 수 있다. 더욱이, 경도 스케일(A에서 D까지)의 변동시, 유닛 수(unit number) 자체는 더 크지 않을 수 있으나, 경도는 더 클 수가 있는데, 예를 들어, 10 쇼어 D의 듀로미터 경도는 30 쇼어 A의 경도보다 더 클 수가 있다. 다른 예에서, 제 2 구성요소는 제 1 구성요소의 비수용성 물질의 경도보다 더 작은 경도를 가질 수 있다. 다시 말해, 경도에서의 차이는, 주어진 스케일의 경도를 따라 쇼어 경도 1 유닛 내지 70 유닛의 범위, 예를 들어, 1 유닛 쇼어 경도, 10 유닛 쇼어 경도, 50 유닛 쇼어 경도 등이 있으며, 그 안의 모든 값 및 증가분이 포함되는 것으로 이해될 수 있다. 다른 예에서, 제 2 구성요소는 제 1 구성요소의 비수용성 물질의 경도와 동일한 경도를 가질 수도 있다.
상기 내용을 고려하면, 상기 수용성 물질의 용해시, 공극들이 패드의 연속 상 내에서 형성될 것으로 이해될 수 있다. 그러한 공극들은 10 나노미터 내지 100 마이크로미터 이상의 크기를 가질 수 있으며, 10 나노미터 내지 200 마이크로미터, 10 나노미터 내지 100 나노미터, 1 마이크로미터 내지 100 마이크로미터 등의 범위에서 모든 값 및 증가분이 포함될 수 있다. 이러한 공극률(porosity)은 상기 비수용성 물질이 선택되어 존재하는 위치에서 선택적으로 형성된다. 본 발명의 연마 패드는 수용성 물질의 용해를 통하여 공극들의 형성을 허용한다. 그 다음, 공극들은, 공극에 바로 인접한 선택된 물리적 특성의 영역 및/또는 공극 표면의 적어도 일부분을 정의하는 영역을 제공하는 패드 내에서 선택된 비수용성 물질에 근접하게 된다. 그 다음, 이는 뒤따르는 연마 공정에서 향상된 공극 안정성을 제공할 수 있다. 예를 들어, 연마 슬러리는 공극으로 들어가, 비수용성 물질에 의해 보유될 수 있다. 또한, 입자들이 슬러리내에 존재하는 경우, 입자들은 선택된 비수용성 물질 쪽으로 이동하여 선택된 비수용성 물질에 의하여 포획되어, 공극 경계의 일 부분을 형성한다. 더욱이, 입자들이 연마되는 기판으로부터 방출되는 경우에는, 입자들은 또한 공극내의 비수용성 물질에 의해 포획되어 유지될 수 있다. 결국, 어떤 실시예에서는, 노출시, 비수용성 물질이 연마 패드의 제 2 구성요소에 존재하는 물리적 특성, 예를 들어, 연속 상과는 다른 물리적 특성을 제공한다.
본 실시예의 CMP 패드를 제조하는데 있어서, 상기 제 1 구성요소를 형성하기 위하여, 상기 수용성 물질은 상기 비수용성 물질의 옆에 위치하거나, 상기 비수용성 물질과 섞이거나, 상기 비수용성 물질 내에 분산되거나 또는 상기 비수용성 물질과 결합될 수 있다. 어떤 실시예에서는, 상기 수용성 물질이 연마 동안 기판과 접촉될 수 있는 패드의 외층 또는 표면을 구성할 수도 있다. 상기 제 1 구성요소의 수용성 물질 및 비수용성 물질은 제어된 온도 및 습도 아래서 선택적으로 조절될 수 있다. 예를 들어, 상기 제 1 구성요소의 수용성 물질 및 비수용성 물질은 잔류 표면 수분을 제거함으로써 건조될 수 있다. 건조는 예를 들어, 37℃ 내지 150℃ 범위의 온도에서 일어날 수 있으며, 그 안에는 모든 값 및 증가분이 포함된다. 또한, 건조는 몇 분 이상 내지 60 시간 이상에서 일어날 수 있으며, 그 안에는 모든 값 및 증가분이 포함된다. 그 다음, 상기 제 2 구성요소는 부분적으로 또는 완전하게 상기 제 1 구성요소를 채우거나 또는 임베드하기 위한 방법으로 상기 제 1 구성요소에 도입될 수 있다.
어떤 실시예에서는, 상기 수용성 물질의 적어도 일 부분이 이 후 상기 수용성 성분의 가속 제거, 초음파와 같은 화학적, 열적 및/또는 기계적 수단을 사용하거나 사용하지 않고서 물 또는 수용액에 CMP 패드를 노출함으로써 제거될 수 있다. 또는, 물-기반 어브레이시브 슬러리(abrasive slurry)에 패드가 노출되므로, CMP 동안 수용성 물질이 점진적으로 제거될 수도 있다. 또한, 상기 수용성 물질의 용해는 상기 제 1 구성요소의 개별 상에 존재하는 상기 비수용성 물질의 노출을 일으킬 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일반적으로 마이크로일렉트로닉 디바이스 및 반도체 웨이퍼의 화학 기계적 평탄화(CMP) 연마 패드를 제조하는 방법을 생각할 수 있다. 상기 방법은, 적어도 두개의 층 또는 두개의 물질을 포함하고, 그 중 하나는 적어도 하나의 수용성 물질을 포함하고, 그 중 적어도 하나는 섬유를 포함하는 제 1 구성요소를 제공하는 단계 302를 포함하거나, 단계 302로 구성되어 있다. 또한, 상기 방법은 폴리우레탄 혼합물과 같은 균일한 물질 혼합물을 포함하는 제 2 구성요소를 제공하는 단계 304, 제 1 구성요소와 제 2 구성요소를 다양한 비율 및 구조로 혼합하는 단계 306 (여기서, 제 1 구성요소는 연속적인 제 2 구성요소 내에 개별 상을 형성한다)을 포함하거나 이러한 단계로 구성되어 있다. 다른 실시예에서, 제 1 구성요소는 이 후 제 2 구성요소 내에 비교적 균일하게 분산되어 있는 CMP 패드가 형성될 수 있다.
연마 패드를 형성하는 일 실시예에서, 적어도 두개의 물질을 포함하고, 그 중 하나는 수용성 물질인 상기 제 1 구성요소는 몰드(mold)내에 위치할 수 있고, 상기 제 2 구성요소는 몰드에 중합체 전구체(precursor)로서 부가될 수 있다. 그 후, 중합체 전구체의 경화(curing)(예를 들어, 중합화 및/또는 가교결합)를 용이하게 하기 위해 압력 및/또는 열이 몰드에 가해질 수 있다. 다른 실시예에서, 상기 제 1 구성요소는 상기 제 2 구성요소와 결합될 수 있고, 상기 제 2 구성요소는 용융 상태(melt state)로 몰드에 주입되거나 다른 방법으로 몰드에 옮겨질 수 있다. 용융 상태라 함은, 압력이 가해졌을 때 상기 제 2 구성요소의 흐름을 가능하게 할 정도로 점도가 충분히 낮은 상태로 이해될 수 있다. 제 2 구성요소는, 비교적 굳고/굳거나 자립(self supporting) 부분을 형성할 정도로 점도가 충분히 높은 상태에서, 굳어질 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기판 표면의 화학 기계적 평탄화(CMP)용 연마 패드를 이용하는 방법의 예를 생각할 수 있다. 상기 기판은 금속, 금속 합금, 세라믹 또는 유리와 같은 비교적 연성 물질을 포함하는 마이크로일렉트로닉 디바이스 및 반도체 웨이퍼를 포함할 수 있다. 특히, 연마될 물질은 100 미만의 락웰(Rockwell, Rc)B 경도를 나타내고, ASTM E18-07에 의하여 측정시 0 내지 100 Rc B의 범위에서 모든 값 및 증가분이 포함될 수 있다.
상기 연마 패드에 적용될 수 있는 다른 기판들은 예를 들어, 광학 유리, 음극선관, 평판 디스플레이 스크린 등을 포함할 수 있고, 이는 표면의 스크래치 또는 어브레이젼(abrasion)이 바람직하게 방지될 수 있다. 예를 들어, (1) 둘 또는 그 이상의 층들을 포함하고, 그 층들 중 적어도 하나는 수용성 물질인 제 1 구성요소, 및 (2) 물질들의 균일한 혼합물을 포함하는 제 2 구성요소를 포함하는 패드가 제공되며, 여기서 제 1 구성요소 및 제 2 구성요소는 다양한 비율 및 구조로 패드 내에 결합될 수 있다(단계 402). 그 다음, 상기 패드는 어브레이시브 입자와 함께 또는 입자들 없이 수계 매질(aqueous media)과 같은 액상 매질(liquid media)과 결합되어 이용될 수 있다. 예를 들어, 액상 매질이 패드의 표면 및/또는 연마되는 기판에 적용될 수 있다(단계 404). 상기 패드는 기판에 근접하게 옮겨진 다음 연마 동안 기판에 적용될 수 있다(단계 406). 상기 패드는 연마용 화학 기계적 평탄화를 위하여 사용되는 장비에 부착될 수 있는 것으로 이해될 수 있다.
몇몇 방법들 및 실시예들의 앞선 설명은 도시를 위한 목적으로 제공되었다. 하나도 빠짐없이 기재되도록 의도된 것은 아니며, 또는 개시된 정확한 단계들 및/또는 형태들에 대한 청구항들을 제한하도록 의도된 것은 아니고, 명백하게 많은 변형들 및 변화들이 위에서 가리키는 관점에서 가능하다. 본 발명의 범위는 여기에 첨부되는 청구항들에 의하여 정의될 수 있도록 의도된다.

Claims (35)

  1. 수용성 조성물 및 상기 수용성 조성물의 물에서의 용해도보다 낮은 용해도를 나타내는 비수용성 조성물을 포함하며, 상기 수용성 조성물 및 상기 비수용성 조성물의 적어도 하나는 섬유(fibers)로 형성되는 제 1 구성요소; 및
    제 2 구성요소로서, 상기 제 2 구성요소의 연속 상(continuous phase) 내에 상기 제 1 구성요소가 개별 상(discrete phase)으로서 존재하고, 상기 수용성 조성물은 용해에 의해 10 나노미터(nanometer) 내지 200 마이크로미터(micrometer) 범위의 크기를 갖는 공극(pore)을 제공하는 것인, 제 2 구성요소를 포함하고,
    상기 수용성 조성물은 제 1 직물을 형성하는 제 1 섬유를 포함하고, 상기 비수용성 조성물은 제 2 직물을 형성하는 제 2 섬유를 포함하고, 상기 제 1 직물 및 상기 제 2 직물은 적층되는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 직물 및 제 2 직물은 부직포(nonwoven) 직물인 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용성 조성물은 수용성 입자들(particles)을 포함하고, 상기 비수용성 조성물은 상기 수용성 입자들이 임베드된(embedded) 매트릭스(matrix)를 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용성 조성물은 폴리(비닐알콜) [poly(vinyl alcohol)], 폴리(아크릴산)[poly(acrylic acid)], 말레산(maleic acid), 알기네이트(alginates), 다당류(polysaccharides), 폴리사이클로덱스트린(poly cyclodextrins), 이들의 염(salts), 이들의 공중합체(copolymers), 및 이들의 유도체(derivatives)로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 비수용성 조성물은 폴리에스테르(polyester), 폴리아미드(polyamide), 폴리올레핀(polyolefin), 레이욘(rayon), 폴리이미드(polyimide), 폴리페닐술파이드(polyphenyl sulfide), 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리술폰(polysulfone), 폴리페닐렌술파이드(polyphenyl sulfide), 에폭시(epoxy), 폴리에스테르(polyesters), 폴리이미드(polyimides), 폴리아미드(polyamides), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylates), 폴리염화비닐(polyvinyl chlorides), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohols), 이들의 유도체, 및 이들의 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질(들)을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소는 적어도 두개의 혼화가능한(miscible) 비수용성 조성물들을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 수용성 조성물은 10 쇼어(shore) A 내지 80 쇼어 D 의 듀로미터 경도(durometer hardness)를 나타내고, 상기 제 2 구성요소는 30 쇼어 A 내지 80 쇼어 D 의 듀로미터 경도를 나타내는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드.
  11. 수용성 조성물 및 비수용성 조성물을 포함하는 제 1 구성요소를 형성하는 단계; 및
    제 2 구성요소의 연속 상 내에 개별 상으로서 상기 제 1 구성요소를 임베드하는(embedding) 단계를 포함하고,
    상기 수용성 조성물은 용해에 의해 10 나노미터 내지 200 마이크로미터의 범위의 크기를 갖는 공극들을 제공하며,
    상기 수용성 조성물은 제 1 직물을 형성하는 제 1 섬유를 포함하고, 상기 비수용성 조성물은 제 2 직물을 형성하는 제 2 섬유를 포함하고, 상기 제 1 직물 및 상기 제 2 직물은 적층되는 것인,
    제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소 내에 임베드된 상기 수용성 조성물의 적어도 일 부분을 제거하는 단계를 추가 포함하는,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  13. 삭제
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 직물 및 제 2 직물은 부직포 직물인 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  15. 삭제
  16. 제 11 항에 있어서,
    상기 수용성 조성물은 수용성 입자들을 포함하고, 상기 비수용성 조성물은 상기 수용성 입자들이 임베드된 매트릭스를 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소를 몰드(mold)에 위치시키는 단계; 상기 제 2 구성요소의 전구체(precursor)를 상기 몰드 내에 주입시키는 단계; 및 상기 제 2 구성요소에 상기 제 1 구성요소를 임베드하기 위해 상기 전구체를 반응시키는 단계를 추가 포함하는,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소를 몰드에 위치시키는 단계;
    상기 제 2 구성요소를 용해시키는 단계; 및
    상기 제 2 구성요소 내에 상기 제 1 구성요소를 임베드하기 위하여 상기 제 2 구성요소를 상기 몰드 내에 배치시키는 단계를 추가 포함하는,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소는 적어도 두개의 혼화가능한 비수용성 조성물을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  20. 제 1 항, 제 3 항 및 제 5 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 화학 기계적 평탄화 패드와 슬러리를 기판과 접촉시키는 단계를 포함하는,
    기판을 연마하는 방법.
  21. 제 11 항에 있어서,
    상기 수용성 조성물은 폴리(비닐알콜) [poly(vinyl alcohol)], 폴리(아크릴산)[poly(acrylic acid)], 말레산(maleic acid), 알기네이트(alginates), 다당류(polysaccharides), 폴리사이클로덱스트린(poly cyclodextrins), 이들의 염(salts), 이들의 공중합체(copolymers), 및 이들의 유도체(derivatives)로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  22. 제 11 항에 있어서,
    상기 비수용성 조성물은 폴리에스테르(polyester), 폴리아미드(polyamide), 폴리올레핀(polyolefin), 레이욘(rayon), 폴리이미드(polyimide), 폴리페닐술파이드(polyphenyl sulfide), 및 이들의 조합으로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  23. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리술폰(polysulfone), 폴리페닐렌술파이드(polyphenyl sulfide), 에폭시(epoxy), 폴리에스테르(polyesters), 폴리이미드(polyimides), 폴리아미드(polyamides), 폴리올레핀(polyolefins), 폴리아크릴레이트(polyacrylates), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylates), 폴리염화비닐(polyvinyl chlorides), 폴리비닐알콜(polyvinyl alcohols), 이들의 유도체, 및 이들의 공중합체로 구성된 그룹으로부터 선택된 하나 이상의 물질들을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  24. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소는 적어도 두개의 혼화가능한(miscible) 비수용성 조성물들을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  25. 제 11 항에 있어서,
    상기 비수용성 조성물은 10 쇼어(shore) A 내지 80 쇼어 D 의 듀로미터 경도(Durometer hardness)를 나타내고, 상기 제 2 구성요소는 30 쇼어 A 내지 80 쇼어 D 의 듀로미터 경도를 나타내는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  26. 수용성 조성물 및 비수용성 조성물을 포함하는 제 1 구성요소를 형성하는 단계로서, 상기 수용성 조성물 및 상기 비수용성 조성물의 적어도 하나는 섬유(fiber)로 형성되는 것이고; 및
    제 2 구성요소의 연속 상 내에 불연속 상으로서 상기 제 1 구성요소를 임베드하는(embedding) 단계로서, 상기 수용성 조성물은 용해에 의해 10 나노미터 내지 200 마이크로미터의 범위의 크기를 갖는 공극들을 제공하는 것을 포함하고,
    상기 수용성 조성물은 제 1 직물을 형성하는 제 1 섬유를 포함하고, 상기 비수용성 조성물은 제 2 직물을 형성하는 제 2 섬유를 포함하고, 상기 제 1 직물 및 상기 제 2 직물은 적층되는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소 내에 임베드된 상기 수용성 조성물의 적어도 일 부분을 제거하는 단계를 추가 포함하는,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  28. 삭제
  29. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 직물 및 제 2 직물은 부직포 직물인 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  30. 삭제
  31. 제 26 항에 있어서,
    상기 수용성 조성물은 수용성 입자들을 포함하고, 상기 비수용성 조성물은 상기 수용성 입자들이 임베드된 매트릭스를 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  32. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소를 몰드(mold) 내에 위치시키는 단계; 상기 제 2 구성요소의 전구체(precursor)를 상기 몰드 내에 주입시키는 단계; 및 상기 제 2 구성요소 내에 상기 제 1 구성요소를 임베드하기 위해 상기 전구체를 반응시키는 단계를 추가 포함하는,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  33. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 1 구성요소를 몰드 내에 위치시키는 단계;
    상기 제 2 구성요소를 용해시키는 단계; 및
    상기 제 2 구성요소 내에 상기 제 1 구성요소를 임베드하기 위하여 상기 제 2 구성요소를 상기 몰드 내에 배치시키는 단계를 추가 포함하는,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  34. 제 26 항에 있어서,
    상기 제 2 구성요소는 적어도 두개의 혼화가능한 비수용성 조성물을 포함하는 것인,
    화학 기계적 평탄화 패드를 형성하는 방법.
  35. 기판을 슬러리 및 화학 기계적 평탄화 패드와 접촉시키는 단계를 포함하고,
    상기 화학 기계적 평탄화 패드는, 수용성 조성물 및 상기 수용성 조성물보다 상기 슬러리에 대하여 낮은 용해도를 나타내는 비수용성 조성물을 포함하며, 상기 수용성 조성물 및 상기 비수용성 조성물의 적어도 하나는 섬유로 형성되는, 제 1 구성요소; 및 제 2 구성요소를 포함하여 구성되며,
    상기 제 1 구성요소는 상기 제 2 구성요소의 매트릭스 내에 개별 상으로서 존재하고, 상기 제 1 구성요소의 상기 수용성 조성물은 용해에 의해 10 나노미터 내지 200 마이크로미터 범위의 크기를 갖는 공극을 제공하며,
    상기 수용성 조성물은 제 1 직물을 형성하는 제 1 섬유를 포함하고, 상기 비수용성 조성물은 제 2 직물을 형성하는 제 2 섬유를 포함하고, 상기 제 1 직물 및 상기 제 2 직물은 적층되는 것인,
    기판을 연마하는 방법.
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