KR102438955B1

KR102438955B1 - Uv 경화가능한 cmp 연마 패드 및 제조 방법

Info

Publication number: KR102438955B1
Application number: KR1020177016274A
Authority: KR
Inventors: 마헨드라 크리스토퍼 오리랄; 라지브 바자즈; 프레드 씨. 레데커
Original assignee: 어플라이드 머티어리얼스, 인코포레이티드
Priority date: 2014-12-18
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2022-09-02
Also published as: CN107000170B; TW201629128A; US10086500B2; CN107000170A; SG11201703882RA; KR20170096113A; JP6676640B2; JP2018502452A; WO2016099791A1; TWI675869B; US20160176021A1; US20190009388A1

Abstract

화학적 기계적 연마 패드를 제조하는 방법은 아크릴레이트 작용기들을 포함하는 폴리머 프리커서들을 몰드 내에 도입하는 단계; 연마재 입자들 및 광 개시제를 폴리머 프리커서들 내에 제공하여 혼합물을 형성하는 단계; 혼합물이 몰드의 최상부 커버와 최하부 평판 사이에 포함되어 있는 동안, 몰드의 투명 섹션을 통해 혼합물을 자외선 복사에 노출시켜, 폴리머 프리커서들이 라디칼들을 형성하게 하는 단계; 및 라디칼들이 서로 가교결합하게 함으로써 폴리머 프리커서로부터 폴리머 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. 연마 층은 내부에 분산된 연마재 입자들을 갖는 폴리머 매트릭스을 포함한다.

Description

UV 경화가능한 CMP 연마 패드 및 제조 방법{UV CURABLE CMP POLISHING PAD AND METHOD OF MANUFACTURE}

본 발명은 화학적 기계적 연마에서 이용되는 연마 패드들에 관한 것이다.

집적 회로는 통상적으로 실리콘 웨이퍼 상에 전도체, 반도체 또는 절연체 층들을 순차적으로 퇴적(deposition)함으로써 기판 상에 형성된다. 다양한 제조 프로세스들은 기판 상의 층의 평탄화를 필요로 한다. 예를 들어, 일부 응용들(예를 들어, 패터닝된 층의 트렌치 내에 비아, 플러그 및 라인을 형성하기 위한 금속 층의 연마)에 있어서, 패터닝된 층의 최상부면이 노출될 때까지, 위에 놓인 층이 평탄화된다. 다른 응용들, 예를 들어 포토리소그래피를 위한 유전체 층의 평탄화에서는, 아래에 놓인 층 위에 원하는 두께가 남을 때까지, 위에 놓인 층이 연마된다.

화학적 기계적 연마(CMP: chemical mechanical polishing)는 하나의 인정되는 평탄화 방법이다. 이 평탄화 방법은 통상적으로 기판이 캐리어 헤드 상에 탑재될 것을 요구한다. 기판의 노출된 표면은 통상적으로 회전 연마 패드에 맞닿아 배치된다(placed against a rotating polishing pad). 캐리어 헤드는 기판 상에 제어가능한 로드를 제공하여, 기판을 연마 패드 쪽으로 민다. 연마재 입자들(abrasive particles)을 갖는 슬러리와 같은 연마 액체(polishing liquid)가 통상적으로 연마 패드의 표면에 공급되어, 패드와 기판 사이의 계면에 연마 화학 용액(abrasive chemical solution)을 제공한다. 슬러리는 또한 KOH와 같은 화학 반응제(chemically-reactive agent)를 포함할 수 있다.

화학적 기계적 연마 프로세스의 하나의 목적은 연마 균일성이다. 기판 상의 상이한 영역들이 상이한 속도들로 연마된다면, 기판의 일부 영역들에서 지나치게 많은 재료가 제거("과잉 연마")되거나 지나치게 적은 재료가 제거("과소 연마")될 가능성이 있다. 또한, 화학적 기계적 연마 프로세스는, 높은 연마율 외에, 소규모 거칠기(small-scale roughness)를 갖지 않고 최소한의 결함을 포함하며 평평한, 즉 대규모 토포그래피(large scale topography)를 갖지 않는 연마된 기판 표면을 제공하는 것이 바람직하다.

연마 패드들은 통상적으로 폴리머(예를 들어, 폴리우레탄) 재료들을 성형(molding), 주조(casting), 또는 소결(sintering)함으로써 만들어진다. 반응 사출 성형 또는 주조 우레탄은 둘 이상의 반응성 화학물질을 액체 상태에서 적절한 비율로 혼합하는 것을 수반할 수 있다. 예를 들어, 제1 반응 작용성 화학 말단기(reactive functional chemical end-group)를 포함하는 제1 프리폴리머(pre-polymer)[예를 들어, 이소시아네이트(isocyanate)]는 다른 반응 작용성 화학 말단기[예를 들어, 폴리올(polyol)]를 갖는 더 낮은 분자량 재료를 포함하는 대응하는 제2 프리폴리머와 반응될 수 있다. 제1 반응 작용성 화학 말단기와 다른 반응 작용성 화학 말단기 사이의 이러한 화학 반응은 고체인 생성물의 형성, 또는 화학물질 "위상조정"(chemicals "phasing")을 야기할 수 있다.

성형의 경우에서, 연마 패드들은 예를 들어 사출 성형(injection molding)에 의해 한 번에 하나씩 만들어질 수 있다. 주조의 경우에서는, 액체 프리커서가 케이크(cake)로 주조 및 경화되고, 그 케이크가 후속하여 개별 패드 단편들로 슬라이싱된다. 다음으로, 이러한 패드 단편들은 최종 두께로 머시닝될 수 있다. 홈들은 연마 표면 내로 머시닝될 수 있거나, 사출 성형 프로세스의 일부로서 형성될 수 있다.

평탄화에 더하여, 연마 패드들은 버핑(buffing)과 같은 마감 동작들을 위해 이용될 수 있다.

본 명세서에 설명된 방법들 및 시스템들은 연마 패드들을 생성하기 위해 이용되는 프로세스들에서 더 높은 조정가능성(tunability)을 허용한다. 예를 들어, 무기물 입자들(예를 들어, 나노입자들)과 같은 모이어티들(moieties)이 CMP 연마 패드를 형성하기 위해 이용되는 반응 혼합물에 첨가될 수 있다. CMP 연마 패드들은 일반적으로 충분한 기계적 완전성(mechanical integrity), 화학 반응성[즉, 열화(degrading), 박리(delaminating), 발포(blistering), 또는 왜곡(warping) 없이 CMP 연마에서 이용되는 화학물질들을 견딜 수 있음], 및 수성 기반 연마재 함유 슬러리(aqueous-based abrasive containing slurry)가 패드의 표면을 적실 수 있게 하는 충분한 친수성을 갖는다.

기계적으로, CMP 연마 패드들은 연마 중인 재료에 의존하여 연마 동안의 인열(tearing)에 저항하기에 충분한 강도를 가져야 하고, 연마 동안의 과도한 패드 마모를 방지하기 위한 양호한 연마 저항성, 평탄성을 위한 허용가능한 레벨들의 경도 및 모듈러스(modulus)를 가져야 하고, 습윤 시에 기계적 속성들을 보유할 수 있어야 한다.

일 양태에서, 화학적 기계적 연마 패드를 제조하는 방법은 아크릴레이트 작용기들(acrylate functional groups)을 포함하는 폴리머 프리커서들을 몰드 내에 도입하는 단계; 및 연마재 입자들 및 광 개시제(photo-initiator)를 폴리머 프리커서들 내에 제공하여 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 혼합물이 몰드의 최상부 커버와 최하부 평판 사이에 포함되어 있는 동안, 혼합물을 몰드의 투명 섹션을 통해 자외선 복사에 노출시켜, 폴리머 프리커서들이 라디칼들(radicals)을 형성하게 한다. 방법은 라디칼들이 서로 가교결합하게 함으로써 폴리머 프리커서로부터 폴리머 매트릭스를 형성하는 단계를 포함한다. 연마 층은 내부에 분산된 연마재 입자들을 갖는 폴리머 매트릭스을 포함한다.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 가스의 존재 하에서, 폴리머 프리커서, 연마재 입자들, 및 광 개시제를 혼합하고, 혼합은 혼합물 내에 가스 버블들을 발생시키기에 충분한 속도(rapidity)로 수행된다. 혼합물을 자외선 복사에 즉시 노출시켜 가스 버블들을 연마 층 내에 가둔다(trap). 폴리머 프리커서, 연마재 나노입자, 광 개시제를 혼합하기 전에 가스 버블들을 폴리머 프리커서에 도입하고, 폴리머 프리커서를 혼합한 직후에 혼합물을 복사에 노출시킨다. 혼합물을 자외선 복사에 노출시키기 전에 포로젠들(porogens)을 혼합물에 도입하여 연마 층 내에 공극들(pores)을 제공한다. 자외선 복사는 폴리머 프리커서로부터 라디칼들을 생성하고, 폴리머 프리커서들은 라디칼들의 가교결합에 의해 경화된다. 아크릴레이트 작용기들을 포함하는 폴리머 프리커서들은 아크릴레이트 올리고머, 또는 반응성 아크릴레이트 모노머를 포함하며, 여기서 아크릴레이트 올리고머들 또는 반응성 아크릴레이트 모노머 내의 불포화 탄소-탄소 결합들 사이에 가교결합이 발생한다. 폴리머 프리커서는 54-98.5wt%의 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머, 및 0-30%의 아크릴레이트 모노머를 포함하며, 연마재 입자들은 1-10% 세리아 나노입자들을 포함하고, 개시제는 0.5-5%의 광 개시제를 포함한다. 혼합물을 자외선 복사에 노출시키는 것은 혼합물을 제1 파장 대역 내의 자외선 복사에 먼저 노출시킨 다음, 혼합물을 제1 파장 대역보다 짧은 파장들을 갖는 제2 파장 대역 내의 자외선 복사에 노출시키는 것을 포함한다. 열 개시제(thermal initiator) 및 혼합물은 열 개시제를 활성화하기에 충분한 온도에 종속된다. 연마재 입자들은 5nm 내지 50 미크론의 치수들을 갖고, SiO₂, CeO₂, TiO₂, Al₂O₃, BaTiO₃, HfO₂, SrTiO₃, ZrO₂, SnO₂, MgO, CaO, Y₂O₃, 또는 CaCO₃ 중 하나 이상을 포함한다. 혼합물을 적외선(IR) 복사에 노출시키고, 열 개시제를 이용하여 폴리머 프리커서의 경화를 활성화하고 - 열 개시제는 혼합물 내에 가스 버블들을 발생시키도록 구성됨 - , 가스 버블들을 가두어 연마 층 내에 다공성(porosity)을 생성한다. 입자들은 자신들의 표면들 상에 배치된 계면활성제들을 포함한다. 계면활성제들은 혼합물 내에서의 입자들의 침전(settling)을 감소시킨다.

다른 양태에서, 시스템은 폭을 갖는 컨베이어 벨트, 자신의 최상부 커버와 최하부 평판 사이에 폴리머 프리커서를 유지하도록 구성된 몰드를 포함하고, 몰드는 컨베이어 벨트에 의해 지지되고 이송되도록 구성되고, 몰드는 컨베이어 벨트의 폭보다 작은 폭을 갖는다. 폴리머 프리커서, 연마재 입자들, 및 개시제를 포함하는 혼합물을 몰드 내에 디스펜스하는 디스펜서, 및 컨베이어 벨트의 폭에 걸쳐 장착되는 복사 소스들의 어레이가 포함되며, 몰드 위의 최상부 커버는 UV 투명 섹션을 갖고, 복사 소스들의 어레이로부터의 복사가 그 UV 투명 섹션을 통과하여 몰드 내의 혼합물을 경화시켜서 연마 층의 전체 두께를 형성할 수 있다. 최상부 커버는 복사 소스들의 어레이에 직접 면하는(facing) 혼합물의 표면 상에 평평한 프로파일(level profile)을 생성하도록 구성된다. 연마 층을 최하부 평판 및 최상부 커버로부터 분리하도록 구성된 디바이스가 포함된다.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 복사 소스들의 어레이는 자외선(UV) 복사 소스들을 포함하고, 복사 소스들의 어레이는 컨베이어 벨트의 이동(travel) 방향을 따라, 철 도핑된(D) 전구들의 어레이[array of iron doped (D) bulbs]의 전방에 갈륨 도핑된(V) 전구들의 어레이[array of gallium doped (V) bulbs]를 포함한다. 복사 소스들의 어레이는 적외선(IR) 소스들을 포함한다.

다른 양태에서, 화학적 기계적 연마 패드를 제조하는 방법은 폴리머 프리커서를 몰드 내에 도입하는 단계; 및 연마재 입자들 및 광 개시제를 폴리머 프리커서 내에 제공하여 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 혼합물이 몰드의 최상부 커버와 최하부 평판 사이에 포함되어 있는 동안, 몰드의 투명 섹션을 통해 혼합물을 자외선 복사에 노출시켜, 폴리머 프리커서를 경화하여 연마 층의 전체 두께를 형성한다. 연마 층은 내부에 분산된 연마재 입자들을 갖는 폴리머 매트릭스를 포함한다. 방법은 연마 층을 최하부 평판 및 최상부 커버로부터 분리하는 단계를 포함한다.

구현들은 이하의 특징들 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 연마재 입자들을 제공하는 것은 폴리머 프리커서가 몰드 내에 있는 동안 폴리머 프리커서 내에 연마재 입자들을 도입하는 것을 포함한다. 연마재 입자들을 제공하는 것은 혼합물 내에서 반응하여 연마재 입자들을 형성하는 무기물 프리커서들(inorganic precursors)을 도입하는 것을 포함한다. 폴리머 프리커서들은 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 또는 폴리에테르 아크릴레이트를 포함한다. 아크릴레이트 올리고머들 또는 반응성 아크릴레이트 모노머 내의 불포화 탄소-탄소 결합들 사이에 가교결합이 발생한다. 최상부 커버를 이용하여 자외선 복사에 가장 가까운 혼합물의 표면 상에 평평한 프로파일을 생성한다. 본 발명의 하나 이상의 실시예의 상세가 이하의 설명 및 첨부 도면에 제시된다. 본 발명의 다른 특징들, 목적들, 및 이점들은 설명 및 도면으로부터, 그리고 청구항들로부터 분명해질 것이다.

도 1a는 예시적인 연마 패드의 개략적인 측단면도이다.
도 1b는 다른 예시적인 연마 패드의 개략적인 측단면도이다.
도 1c는 또 다른 예시적인 연마 패드의 개략적인 측단면도이다.
도 1d는 화학적 기계적 연마 스테이션의 개략적인 측면도이며, 부분적 단면이다.
도 2의 (a)는 몰드의 상부도이다.
도 2의 (b)는 몰드의 측면도이다.
도 3은 연마 패드들을 제조하기 위한 시스템의 개략적인 측단면도이다.
다양한 도면들 내의 유사한 참조 기호는 유사한 구성요소를 나타낸다.

도 1a 내지 도 1c를 참조하면, 연마 패드(18)는 연마 층(22)을 포함한다. 도 1a에 도시된 바와 같이, 연마 패드는 연마 층(22)으로 형성된 단층 패드일 수 있고, 또는 도 1c에 도시된 바와 같이, 연마 패드는 연마 층(22) 및 적어도 하나의 백킹 층(20)을 포함하는 다층 패드일 수 있다. 연마 층(22)은 연마 프로세스에서 불활성인 재료일 수 있다. 연마 층(22)의 재료는 폴리우레탄 아크릴레이트들, 폴리 에폭시 아크릴레이트, 폴리 에스테르 아크릴레이트들, 폴리 에테르 아크릴레이트들, 또는 폴리카보네이트들, 나일론들, 폴리설폰들, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 코폴리머, 폴리에테르이미드, 또는 폴리아미드들의 아크릴레이트와 같은 폴리머 재료일 수 있다. 일반적으로, 연마 층(22)의 재료는 아크릴 모이어티(acrylic moiety), 또는 UV 복사를 통해 가교결합될 수 있는 소정의 다른 종들을 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 층(22)은 비교적 내구성 있고 경성인 재료이다.

연마 층(22)은 (도 1a에 도시된 것과 같이) 균질 조성물의 층일 수 있고, 또는 연마 층(22)은 (도 1b에 도시된 바와 같이) 플라스틱 재료, 예를 들어 폴리우레탄 아크릴레이트들, 폴리 에폭시 아크릴레이트, 폴리 에스테르 아크릴레이트들, 폴리 에테르 아크릴레이트들, 또는 폴리카보네이트들, 나일론들, 폴리설폰들, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS) 코폴리머, 폴리에테르이미드, 또는 폴리아미드들의 아크릴레이트의 매트릭스(29) 내에 유지된 연마재 입자들(28)을 포함할 수 있다.

연마재 입자들(28)은 매트릭스(29)의 재료보다 경성이다. 연마재 입자들(28)은 연마 층의 0.05 wt% 내지 75 wt%일 수 있다. 연마재 입자들의 재료는 세리아, 알루미나, 티타니아, 실리카, BaTiO₃, HfO₂, SrTiO₃, ZrO₂, SnO₂, MgO, CaO, Y₂O₃, CaCO₃ 또는 그들의 조합과 같은 금속 산화물, 폴리머, 합금(inter-metallic) 또는 세라믹스일 수 있다. 연마재 입자들은 미리 형성된 입자들(예를 들어, 나노입자들)로서 폴리머 프리커서 용액에 직접 첨가될 수 있고, 또는 원하는 입자들을 산출해내는 무기물 졸-겔 반응들의 무기물 프리커서들로서 도입될 수 있다. 예를 들어, 티타늄 클로라이드 및 티타늄 에톡시드와 같은 무기물 프리커서들이 반응되어 TiO₂ 입자들을 형성할 수 있다. 무기물 프리커서들의 사용은 미리 형성된 입자들(예를 들어, 나노입자들)의 사용보다 저렴할 수 있고, 연마 층의 제조 비용을 감소시키는 것을 도울 수 있다.

연마 패드(18)은 80 밀(mil) 이하, 예를 들어 50 밀 이하, 예를 들어 25 밀 이하의 두께 D1을 가질 수 있다. 컨디셔닝 프로세스는 연마 층을 마모시키는 경향이 있기 때문에, 연마 층의 두께는 유용한 수명, 예를 들어 3000회의 연마 및 컨디셔닝 사이클을 갖는 연마 패드(18)를 제공하도록 선택될 수 있다.

도 1d에 도시된 바와 같이, 하나 이상의 기판(14)은 CMP 장치의 연마 스테이션(10)에서 연마될 수 있다. 적합한 연마 장치의 설명은 미국 특허 제5,738,574호에서 찾을 수 있다. 연마 스테이션(10)은 회전가능한 플래튼(16)을 포함할 수 있고, 그 플래튼 상에는 연마 패드(18)가 배치된다. 연마 단계 동안, 연마 액체(30), 예컨대 연마 슬러리는 슬러리 공급 포트 또는 결합된 슬러리/린스 암(slurry/rinse arm)(32)에 의해 연마 패드(18)의 표면에 공급될 수 있다. 연마 액체(30)는 연마재 입자들, pH 조절제, 또는 화학적으로 활성인 성분들을 포함할 수 있다.

기판(14)은 캐리어 헤드(34)에 의해 연마 패드(18)에 맞닿아 유지된다. 캐리어 헤드(34)는 지지 구조물, 예를 들어 캐러셀에 매달리고, 캐리어 헤드가 축(38)에 관하여 회전할 수 있도록, 캐리어 구동 샤프트(36)에 의해 캐리어 헤드 회전 모터에 연결된다. 연마 액체(30)의 존재 하에서, 연마 패드(18)와 기판(14)의 상대적 이동은 기판(14)의 연마를 야기한다.

도 2의 (a)는 CMP 연마 층들의 제조에 적합한 몰드(100)의 상부도를 보여준다. 패드들은 한 번에 하나씩, 또는 케이크로서 만들어질 수 있다.

케이크로서 만들어진 연마 패드들에 대하여, 케이크가 그로부터 슬라이스되는 개별 패드들은 최종 두께로 머시닝되고, 홈들이 패드들 내로 더 머시닝될 수 있다. 성형에 의해 만들어진 연마 패드들에 대하여, 홈들은 몰드 내에 상보적인 구조물들(complementary structures)을 제공함으로써, 또는 패드가 형성된 후에 머시닝함으로써, 성형 프로세스의 일부로서 형성될 수 있다.

예를 들어, 연마 표면(24)의 적어도 일부에 형성되는 홈들(26)(도 1a 내지 도 1c)은 슬러리를 운반할 수 있다. 홈들(26)은 거의 모든 패턴, 예컨대 동심 원들, 직선들, 망상선형(cross-hatched), 나선형, 및 그와 유사한 것일 수 있다. 홈들이 존재할 때, 연마 표면(24), 즉 홈들(26) 사이의 플래토들은 연마 층(22)의 전체 수평 표면적의 약 25-90%일 수 있다. 따라서, 홈들(26)은 연마 패드(18)의 전체 수평 표면적의 10%-75%를 점유할 수 있다. 홈들(26) 사이의 플래토들은 약 0.1 내지 2.5mm의 횡방향 폭을 가질 수 있다.

미시적 규모(microscopic scale)에서, 연마 층(22)의 연마 표면(24)은 거친 표면 텍스쳐, 예를 들어 2-4 미크론 rms를 가질 수 있다. 예를 들어, 연마 층(22)은 거친 표면 텍스쳐를 생성하도록 그라인딩 또는 컨디셔닝 프로세스에 종속될 수 있다.

연마 표면(24)이 미시적 규모에서는 거칠 수 있지만, 연마 층(22)은 연마 패드 자체의 거시적 규모에서는 양호한 두께 균일성을 가질 수 있다 [이러한 균일성은 연마 층의 최하부면에 대한 연마 표면(24)의 높이에서의 전역적 편차를 지칭하며, 연마 층 내에 의도적으로 형성된 임의의 거시적 홈들 또는 천공들은 계수(count)하지 않는다]. 예를 들어, 두께 불균일성은 1 밀 미만일 수 있다. 패드 재료의 두께가 5 밀의 허용오차 범위 내에 있는 경우, 경화되는 CMP 패드 재료가 CMP 연마 패드로서 이용될 수 있다. 그렇지 않으면, 경화된 패드는 이러한 두께까지 머시닝될 수 있다. 정확한 두께를 갖는 패드는 그 자체만으로 CMP 연마 패드로서 이용될 수 있거나, 더 연성인 서브패드 또는 백킹 층에 부착될 수 있다.

백킹 층은 압력 하에서 셀들이 붕괴되고 백킹 층이 압축되도록, 보이드들을 갖는 폴리실리콘 또는 폴리우레탄과 같은 개방 셀 또는 폐쇄 셀 발포체(open-cell or a closed-cell foam)일 수 있다. 백킹 층을 위한 적절한 재료는 코네티컷주, Rogers의 Rogers Corporation으로부터의 PORON 4701-30, 또는 Rohm & Haas로부터의 SUBA-IV이다. 백킹 층의 경도는 층 재료 및 다공성(porosity)의 선택에 의해 조절될 수 있다. 백킹 층은 또한 천연 고무, EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 모노머) 고무, 니트릴, 또는 폴리클로로프렌(네오프렌)으로 형성될 수 있다. 대안적으로, 백킹 층(20)(도 3에 도시됨)은 연마 층과 동일한 프리커서로 형성되고 동일한 다공성을 갖지만, 상이한 경화 정도를 가져서 상이한 경도를 가질 수 있다.

연마 층은 또한 광범위한 미세구조물들, 텍스쳐들 및 충전재들(fillers)을 포함할 수 있다. 도 2의 (b)는 그로부터 연마 층들이 만들어질 수 있는 몰드(100)의 측면도를 보여준다. 도시된 구현에서, 연마 층들은 한번에 하나씩 만들어진다. 몰드(100)는 베이스(102)(또는 최하부 커버), 및 미리 형성된 홈들을 갖는 연마 층들이 형성될 수 있게 해 주는 돌출부들(104)을 갖는다. 몰드(100)는 혼합물이 복사를 이용하여 경화되기 전에 몰드(100)가 액체상 폴리머 프리커서 혼합물을 보유하는 것을 허용하는 둘레 벽(circumferential wall)(108)에 의해 경계가 정해진다. 폴리머 프리커서 혼합물은 돌출부들(104)에 의해 분리된 몰드(100) 내의 갭들(106)을 채울 수 있다.

일부 실시예들에서, 몰드(100)는 750mm를 초과(예를 들어, 770mm를 초과, 774mm를 초과)하는 직경(116)을 가질 수 있다. 각각의 돌출부(104)의 폭(110)은 약 450㎛일 수 있고, 각각의 돌출부의 높이(112)는 740㎛일 수 있다. 돌출부들은 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 일련의 다양한 직경들의 동심원들로서 3mm의 피치로 방사상으로 이격된다. 둘레 벽(108)은 0.125 인치의 높이를 갖는 패드들을 생성하기에 충분한 높이(즉, 0.125 인치를 초과하는 높이)를 가질 수 있다. 다음으로, 패드들은 0.1인치까지 머시닝될 수 있다. 일반적으로, 패드들[그리고, 결과적으로는 둘레 벽(108)]의 높이는 고정된 높이에 대해 설계될 수 있는 현재의 툴 설계에 의해 결정된다. 이론적으로, 수명이 증가된 더 두꺼운 패드들을 생성하기 위해, 둘레 벽(108)의 높이가 더 높아질 수 있다. 다음으로, 툴의 두께는 두꺼워진 패드를 수용하도록 조절된다. 일부 실시예들에서, 둘레 벽(108)은 0.25 인치 두께일 수 있다. 일반적으로, 둘레 벽의 높이는 폴리머 제제(polymeric formulation)가 얼마나 효과적으로 경화될 수 있는지에 따라 결정된다. 둘레 벽(108)은 2-3 인치 높이일 수 있다. 일반적으로, 임의의 패드/연마 층 설계는 몰드를 위한 적절한 반전 설계(inverse design)를 이용하여 형성될 수 있다.

일부 구현들에서, 연마 층은 공극들(pores), 예를 들어 작은 보이드들을 포함한다. 공극들은 50-100 미크론 폭일 수 있다. 연마 층 내의 공극들은 연마 층 내에 슬러리를 국소적으로 보유하는 데에 도움이 될 수 있다.

최종 경화된 재료 내에서, 다공성은 가스, 예를 들어 공기 또는 질소의 존재 하에서, 폴리머 프리커서, 개시제들, 및 입자들을 포함하는 점성질 혼합물("제제")을, 가스 버블들을 발생시키기에 충분한 속도(rapidity)로 혼합함으로써 달성될 수 있다. 다음으로, 가스 버블들을 제자리에 가두기 위해 UV 경화가 즉시 후속된다. 예를 들어, "충분한 속도"는 가스 버블들이 탈출할 수 있기 전에 UV 경화가 수행된다는 것을 의미할 수 있다(이것은 제제들의 점성에 의존함). 일부 실시예들에서, UV 경화는 가스들이 도입되고 나서 1분 미만에, 또는 최대한 빨리(즉, 지연 없이) 수행된다.

대안적으로, 불활성 가스(예를 들어, 질소)의 작은 버블들이 제제에 도입되고 혼합되고 즉시 경화될 수 있다. 공극들은 또한 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 중공 입자들(hollow particles)/미세 구체들(microspheres)(5nm - 50㎛ 크기), 예를 들어 젤라틴, 키토산, Si₃N₄, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 메소다공성 나노입자들(mesoporous nanoparticles), 카르복실 메틸 셀룰로즈(CMC), 거대다공성 히드로겔(macroporous hydrogels) 및 에멀션 미세 구체(emulsion microspheres)와 같은 포로젠들을 첨가함으로써 달성될 수 있다. 대부분의 산화물 나노입자들(예를 들어, 실리카)은 일부 폴리머들을 첨가한 다음, 그 폴리머들을 소각(burning off)하여 공극들을 남기는 것 - 그러한 프로세스에서 실리카는 분해되지 않음 - 에 의해 메소다공성으로 될 수 있다. 메소다공성은 2-50nm의 치수들을 갖는 공극들을 의미할 수 있고, 거대다공성은 통상적으로 >100nm의 치수들을 갖는 공극들을 의미할 수 있다. 미세다공성은 2nm 미만의 치수들을 갖는 공극들을 의미할 수 있다. PEG와 같은 포로젠들이 이용될 때, 공극들의 크기들은 포로젠의 분자량, 예를 들어 PEG의 분자량을 변화시킴으로써 제어될 수 있다. 포로젠들은 또한 폴리머 매트릭스 내에 균일하게 분산될 필요가 없다. 즉, 공극들의 균질 분산은 불필요하다.

제제 내의 나노입자들의 존재는 제제가 경화된 후에 다기능 CMP 연마 패드를 생성한다. "다기능"은 다양한 기능들을 갖는 것, 또는 다른 별개의 컴포넌트들의 기능을 연마 패드에 직접 통합하여, 다른(별개의) 컴포넌트들을 소모가능하게(expendable) 하는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 세리아 나노입자들이 CMP 연마 패드 내부에 포함되고, 이러한 나노입자들이 선택적으로 노출된다면, CMP 슬러리들 내에서 연마재들로서 이용되도록 의도된 세리아 나노입자들은 제거될 수 있다. 예를 들어, 제제는 연마 중인 기판의 층 상에서 원하는 변화들을 초래하기 위해 CMP 처리 동안 화학적 반응들을 겪을 수 있는 입자들을 포함할 수 있다.

패드를 연마하기 위해 CMP 처리에서 이용되는 화학 반응들의 예들은 수산화 칼륨, 수산화 암모늄 중 하나 이상을 수반하는 10-14의 염기성 pH 범위 내에서 발생하는 화학 프로세스들, 및 슬러리의 제조사들에 의해 이용되는 다른 독점적인 화학 프로세스들을 포함한다. 아세트산, 구연산과 같은 유기산들을 수반하는 2-5의 산성 pH 범위 내에서 발생하는 화학 프로세스들도 CMP 처리에서 이용될 수 있다. 과산화수소를 수반하는 산화 반응들도 CMP 처리에서 이용되는 화학 반응들의 예이다. 연마재 입자들은 기계적 연마 기능을 제공하기 위해서만 이용될 수 있다. 입자들은 최대 50㎛, 예를 들어 10㎛ 미만, 예를 들어 1㎛ 미만의 크기를 가질 수 있고, 입자들은 상이한 형태학(morphology)을 가질 수 있고, 예를 들어, 입자들은 원형이거나, 길쭉하거나(elongated), 패시트형(faceted)일 수 있다.

도 3은 몰드(100)가 연마 패드를 제조하기 위해 어떻게 이용되는지를 보여준다. 본 명세서에 설명된 방법들 및 시스템들의 이점은 폴리머 프리커서, 개시제들, 임의의 포로젠들, 및 입자들을 포함하는 제제가 몰드 내에서 함께 혼합되는 능력["원-폿 합성(one-pot synthesis)"]이고, 이에 의해 제조의 편리성 및 용이성이 더 커질 수 있다. 높은 수율의 제조를 위해, 몰드(100)는 적어도 몰드(100)의 직경(116)만큼의 크기를 갖는 폭(도면의 평면 내로의 치수)을 갖는 컨베이어 벨트(130) 상에 배치되고 그러한 컨베이어 벨트에 의해 지지된다. 복수의 몰드(100)가 컨베이어 벨트(130) 상에서 순차적으로 처리될 수 있다.

폴리머 프리커서, 입자들, 및 개시제들을 포함하는 제제(128)가 몰드(100)를 채운다. 폴리머 프리커서는 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 및 폴리에테르 아크릴레이트와 같은 UV 경화가능한 아크릴레이트들을 포함할 수 있다. UV 경화가능한 아크릴레이트계 제제는 아크릴레이트 올리고머, 및 반응성 아크릴레이트 모노머 둘 다를 포함할 수 있다. 모노머는 올리고머보다 낮은 점성을 가질 수 있고, 광 개시제의 역할을 한다. 예를 들어, 모노머는 씨너(thinner) 또는 희석제(diluent)(즉, 모노머와 더 높은 점성의 올리고머가 함께 혼합될 때 모노머가 그 올리고머의 점성을 낮추도록, 더 낮은 점성을 갖는 다른 아크릴레이트 모이어티)일 수 있다.

반응성 작용기들 사이의(예를 들어, 이소시아네이트와 폴리올 사이의) 화학 반응들에 의존하는 제제들과는 대조적으로, UV 경화가능한 아크릴레이트들은 아미드 결합들(amide bonds)을 형성하도록 화학적으로 반응하지는 않는다. 오히려, 이러한 UV 경화가능한 아크릴레이트들은 UV 복사에 종속될 때 라디칼들을 형성하고, 아크릴레이트 라디칼들 사이의 반응들은 가교결합 프로세스에 영향을 준다. 아크릴레이트 성분들을 불포화 탄소-탄소 이중 결합을 통해 라디칼들을 형성한다. 아크릴레이트들의 가교결합은 이러한 탄소-탄소 이중 결합의 가교결합을 통해 발생한다. 일반적으로, 이소시아네이트 및 폴리올은 UV 경화 없이 화학적으로 반응한다. UV 가교결합 반응들은 무기물 입자들이 제제 내에 매립되는 것을 허용하지만, 화학적으로 반응성인 이소시아네이트-폴리올은 그러한 것을 허용하지 않거나 덜 최적인 성능을 제공하는데, 왜냐하면 이소시아네이트는 무기물 입자들을 통상적으로 커버하는 계면활성제들과 반응하고; 그에 따라 우레탄 반응을 저지하고, 또한 프로세스 내의 무기물 입자들을 방해하기 때문이다. 일부 실시예들에서, 제제는 잉크젯 프린터들에서 이용되는 잉크 피그먼트들을 균질화하기 위해 이용되는 장치와 마찬가지로, 입자들의 응집을 방지하기 위해 연속적으로 교반된다(agitated). 추가로, 혼합물의 연속적인 교반은 프리커서 내에서의 연마재 입자들의 상당히 균일한 분산을 보장한다. 이것은 연마 층을 통한 입자들의 더 균일한 분산을 야기할 수 있고, 이것은 개선된 연마 균일성을 유발할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제제의 점성은 입자들의 침전이 최소한이고 입자들이 균일하게 분산될 것을 보장하도록 신중하게 조절된다. 추가로, 계면활성제들은 제제 내의 입자들을 안정화하기 위해 입자들 상에 포함될 수 있다. 계면활성제들의 예들은 알칸 티올들(alkane thiols) 및 폴리알킬렌 글리콜들(polyalkylene glycols)을 포함한다.

제제(128) 내에 도입될 수 있는 입자들은 SiO₂, CeO₂, TiO₂, Al₂O₃, BaTiO₃, HfO₂, SrTiO₃, ZrO₂, SnO₂, MgO, CaO, Y₂O₃, CaCO₃를 포함한다. 이러한 입자들은 나노입자들일 수 있고, 또는 더 일반적으로는 5nm - 50㎛ 크기 범위에 걸쳐 있을 수 있다.

연마 층의 기계적 속성들은 또한 미세 조정될 수 있다. 예를 들어, 패드들의 연성(softness) 및 경도는 폴리올에 대한 이소시아네이트의 비율을 제어함으로써 조절될 수 있다. 이소시아네이트의 더 높은 비율은 경도를 증가시키는 한편, 폴리올의 더 높은 비율은 연성을 증가시킨다. 마찬가지로, 모듈러스, 인장 강도(tensile strength), 인열 강도(tear strength), 파단 신율(elongation to break), 및 유리 전이 온도(T_g)와 같은 속성들과 같은 기계적 속성들은 또한 결합에 관하여(combinatorially) 맞춰질 수 있다. 예를 들어, 폴리우레탄 아크릴레이트를 만드는 데에 있어서, 아크릴레이트 기들(acrylate groups)이 폴리우레탄 올리고머들에 도입되어 폴리우레탄 아크릴레이트들을 형성하기 전에, 이소시아네이트 및 폴리올이 원하는 양으로 먼저 반응되어 선택된 경도를 갖는 올리고머들을 획득하고, 다음으로 가교결합을 위해 UV 경화되어 고체 패드/연마 재료를 형성한다. 또한, 하나보다 많은 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머들을, 가교결합 밀도를 더 증가시키는 반응성 아크릴레이트 모노머들(또는 희석제들/씨너들)과 혼합하고, 그에 의해 예를 들어 T_g를 증가시키고 대응하는 기계적 속성들을 변화시킴으로써, 다양한 기계적 속성들이 조정될 수 있다.

UV 경화가능한 제제(128)가 몰드(100) 내에 배치되기 전에, 이형제(mold release agent)(예를 들어, 폴리에틸렌 왁스, 실리콘 오일)가 예를 들어 몰드를 스프레이 코팅함으로써 몰드에 첨가되어, 몰드(100)로부터 경화된 생성물을 적출하는 것을 쉽게 할 수 있다. 몰드(100)를 UV 경화가능한 제제(128)로 채우고 나서, 복사 소스(120)에 면하는 평평한 상부 표면(134)을 산출해내기 위해, 몰드(100) 내부에서 제제가 레벨링될 수 있다(leveled). 얇은 UV 투명 재료로 이루어진 최상부 커버(126)가 제제를 레벨링하고 몰드(100)의 최상부를 커버하기 위해 이용될 수 있다. 최상부 커버(126)는 예를 들어 2-10 밀과 같이 최대한 얇을 수 있다. 최상부 커버(126)는 불소화된 에틸렌 프로필렌(FEP: fluorinated ethylene propylene) 코팅, 예를 들어 테플론 코팅을 갖는 석영으로 이루어질 수 있다. 이러한 최상부 커버(126)는 커버 재료를 제공하고, 레벨링 절차를 돕는다. 최상부 커버(126)는 또한 제제(128)가 경화될 때 제제의 (예를 들어, 공기 유동/배기 팬들로부터의) 교란(disturbance)을 방지하는 것도 도울 수 있다.

복사 소스(120)는 UV 램프들을 포함할 수 있다. UV 램프들은 컨베이어 벨트(130)의 폭, 또는 적어도 몰드(110)의 직경(116)을 커버하기에 충분한 폭(도면의 평면 내로의 치수에서)인 폭을 갖는 어레이 내에 배열될 수 있다. 복사 소스(120)는 연속하여 이용되는 복수의 UV 램프들(122 및 124)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3에서, 몰드(100)가 화살표(132)에 의해 나타나는 방향을 따라 이동함에 따라, 몰드(100) 내의 제제는 UV 램프(124)로부터 방출되는 복사와 상호작용하기 전에, UV 램프(122)로부터 방출되는 복사와 먼저 상호작용할 것이다. 일부 실시예들에서, UV 램프들(122 및 124)은 각각 컨베이어 벨트(130)의 이동 방향에 수직하게 배치된 UV 램프들의 어레이 내에 배열된다.

예를 들어, 무전극 전구들(electrodeless bulbs)[예컨대 갈륨 도핑된(V) 전구들 및 철 도핑된(D) 전구들]이 이용되는 경우, UV 램프(122)는 그러한 V-UV 전구들의 어레이 내의 V-UV 전구일 것인 한편, UV 램프(124)는 그러한 D-UV 전구들의 어레이 내의 D-UV 전구일 것이다. UV 램프들의 어레이는 컨베이어 벨트의 폭(도면의 평면 내로의 치수에서)을 커버할 것이다. V-UV 전구들은 D-UV 전구들에 비교하여 더 긴 파장을 갖는 복사를 방출하고, 더 긴 파장의 복사는 몰드의 최하부 커버 부근의 제제를 경화하는 데에 도움이 되는 한편, 더 짧은 파장의 복사는 최상부 커버에 더 가까운 제제의 부분을 경화한다. 대안적으로, UV 램프(122)는 그러한 D-UV 전구들의 어레이 내의 D-UV 전구일 수 있는 한편, UV 램프(124)는 그러한 V-UV 전구들의 어레이 내의 V-UV 전구일 수 있다. 추가로, 제제가 더 짧은 파장의 복사로 먼저 경화될 때, 열 개시제들이 몰드의 최하부 커버 부근에서 제제 내에 배치될 수 있다.

일부 경우들에서, 무기물 입자들/포로젠들은 UV 투과를 차단할 수 있다. 즉, UV 복사가 입자들 아래의 제제의 부분들에 도달하는 것이 더 어려워질 수 있다. 그러면, 열 개시제는 더 두꺼운 재료가 경화되는 것을 가능하게 하기 위해, 광 개시제들을 대신하여, 또는 광 개시제들과 함께 사용될 수 있다. 예시적인 광 개시제들은 미시건주 Wyandotte의 BASF로부터의 Irgacure 184, darocur 1173, irgacure 2959, irgacure 500과 같은 α-히드록시-케톤들(α-hydroxy-ketones) 및 블렌드들; 미시건주 Wyandotte의 BASF로부터의 Irgacure 907, irgacure 369, irgacure 1300과 같은 α-아미노-케톤들(α-amino-ketones); 미시건주 Wyandotte의 BASF로부터의 Irgacure 651과 같은 벤질디메틸케탈(benzildimethylketal), 미시건주 Wyandotte의 BASF로부터의 Irgacure 819, darocur 4265, irgacure 819XF, irgacure 2020, irgacure 1700, irgacure 1800, irgacure 1850과 같은 페닐비스 (2,4,6-트리메틸벤조일)-포스핀 옥사이드[phenylbis (2,4,6-trimethylbenzoyl)-phosphine oxide](BAPO) 및 블렌드들, 및 미시건주 Wyandotte의 BASF로부터의 Irgacure 784와 같은 메탈로센들(metallocenes)을 포함한다. 예시적인 열 개시제들은 터트-아밀 퍼옥시벤조에이트(tert-amyl peroxybenzoate), 4,4-아조비스(4,4-azobis)[4-시아노발레르산(4-cyanovaleric acid)], 1,1'-아조비스(1,1'-azobis)[시클로헥사인카르보니트릴(cyclohexanecarbonitrile)], 2,2'-아조비스이소부티로니트릴(2,2'-azobisisobutyronitrile)(AIBN), 벤조일 퍼옥시드(benzoyl peroxide), 94 2,2-비스(터트-부틸퍼옥시)부탄[94 2,2-bis(tert-butylperoxy)butane], 1,1-비스(터트-부틸퍼옥시)시클로헥산[1,1-bis(tert-butylperoxy)cyclohexane], 2,5-비스(터트-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸헥산[2,5-bis(tert-butylperoxy)-2,5-dimethylhexane], 2,5-비스(터트-부틸퍼옥시)-2,5-디메틸-3-헥신[2,5-bis(tert-Butylperoxy)-2,5-dimethyl-3-hexyne], 비스(1-(터트-부틸퍼옥시)-1-메틸에틸)벤젠[bis(1-(tert-butylperoxy)-1-methylethyl)benzene], 1,1-비스(터트-부틸퍼옥시)-3,3,5-트리메틸시클로헥산[1,1-bis(tert-butylperoxy)-3,3,5-trimethylcyclohexane], 터트-부틸 히드로퍼옥시드(tert-butyl hydroperoxide), 터트-부틸 퍼아세테이트(tert-butyl peracetate), 터트-부틸 퍼옥시드(tert-butyl peroxide), 터트-부틸 퍼옥시벤조에이트(tert-butyl peroxybenzoate), 터트-부틸퍼옥시 이소프로필 카보네이트(tert-butylperoxy isopropyl carbonate), 쿠멘 히드로퍼옥시드(cumene hydroperoxide), 시클로헥사논 퍼옥시드(cyclohexanone peroxide), 디쿠밀 퍼옥시드(dicumyl peroxide), 라우로일 퍼옥시드(lauroyl peroxide), 2,4-펜탄디온 퍼옥시드(2,4-pentanedione peroxide), 퍼아세트산(peracetic acid) 및 과황산 칼륨(potassium persulfate)을 포함한다.

열 개시제들이 사용될 때, 몰드(100) 및 제제(128)를 30℃ 내지 150℃의 온도 범위에서 가열할 필요가 있을 수 있다. 열 소스들, 즉 전도 및 대류 소스들(예컨대 IR 램프들) 둘 다가 이용될 수 있다. 대안적으로, 능동적으로 외부 열원을 제공하는 것을 대신하여, 발열성 UV 가교결합 반응으로부터 발생되는 열이 열 개시제들의 반응을 트리거하는 데에 충분할 수 있고, 그에 의해 외부 열원은 필요하지 않다. 추가로, 일부 열 개시제들은 반응하면서 가스들을 방출한다. 방출된 가스들은 버블들로서 가두어질 수 있고, 그에 의해 연마 층 내에 다공성을 만들어내는 데에 도움을 준다.

또한, 본 명세서에 설명된 방법들 및 시스템들은 UV 투명 CMP 연마 패드의 제조를 허용한다. 대안적으로, 연마 패드는 (전체 패드에 대조적으로) UV에 투명한 영역들(예를 들어, 하나의 섹션)을 가질 수 있다. 폴리우레탄 아크릴레이트의 분자 구조는 올리고머들 및 모노머들이 어떠한 UV 흡수 종들(UV absorbing species)도 포함하지 않도록 설계될 수 있다[예를 들어, 벤질기들은 UV를 흡수하는 한편, 긴 지방족 백본들(long aliphatic backbones)은 UV를 흡수하지 않을 것임]. 이러한 방식으로, UV에 투명한 최종 경화된 고체 재료가 생성될 수 있다. 이상적으로, 연마 패드의 UV 투명 영역들(예를 들어, '창')은 <300nm로 작은 파장을 갖는 복사를 투과시켜야 한다. 그러한 연마 층은 검출 창을 불필요하게 하고, 연마 동안 전체 패드에 걸쳐서 모니터링이 수행되는 것을 허용한다.

UV 광을 흡수하여 라디칼들을 생성하는 것은 광 개시제이다. 이러한 라디칼들은 올리고머들 또는 모노머들 내의 아크릴레이트 작용기들을 공격하여 더 많은 라디칼들을 생성한다. 다음으로, 이러한 아크릴레이트 라디칼들은 다른 폴리머 체인들로부터의 다른 아크릴레이트 라디칼들과 가교결합하여, 가교결합된 네트워크를 형성한다.

아래의 표 1 내지 3에는 10개의 예시적인 실시예가 보여진다. 세리아 나노입자들은 일반적으로 <100nm 크기이고, 퍼센트 범위들(percent ranges)은 중량 백분율들(weight percentages)이다.

	실시예 1	실시예 2	실시예 3	실시예 4
폴리머 프리커서	95-99 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지	94-99.5 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지	84-98.5 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지	54-98.5 wt% 및 0-30% 아크릴레이트 모노머
개시제	1-5% 광 개시제	0.5-5% 광 개시제	0.5-5% 광 개시제	0.5-5% 광 개시제
나노입자들	없음	없음	1-10% 세리아	1-10% 세리아

	실시예 5	실시예 6	실시예 7	실시예 8
폴리머 프리커서	54-98.5 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지 및 0-30% 아크릴레이트 모노머	54-98.5 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지 및 0-30% 아크릴레이트 모노머	54-98.5 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지	54-98.5 wt% 및 0-30% 아크릴레이트 모노머
개시제	0.5-5% 광 개시제	0.5-5% 광 개시제	0.5-5% 광 개시제 및 0.1-0.5% 열 개시제 (예를 들어, AIBN)	0.5-5% 광 개시제 및 0.1-0.5% 열 개시제 (예를 들어, AIBN)
나노입자들	1-10% 세리아	1-10% 세리아	1-10% 세리아	1-10% 세리아
추가 단계들	급속하게 혼합되어 에어 버블들을 생성한 다음, 신속하게 몰드로 주조	불활성 가스(예를 들어, N₂)의 작은 버블들이 도입되고, 제제와 급속하게 혼합된 후, 신속하게 몰드로 주조		UV 경화와 동시에 IR 램프들을 이용하여 가열

	실시예 9	실시예 10
폴리머 프리커서	44-98.4 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지 및 0-30% 아크릴레이트 모노머	44-98.4 wt% 폴리우레탄 아크릴레이트 올리고머 수지 및 0-30% 아크릴레이트 모노머
개시제	0.5-5% 광 개시제 및 0.1-0.5% 열 개시제 (예를 들어,AIBN)	0.5-5% 광 개시제 및 0.1-0.5% 열 개시제 (예를 들어, AIBN)
나노입자들	1-10% 세리아	1-10% 세리아
포로젠들	1-10% 포로젠들 Si₃N₄ 폴리-중공 미세구체들	1-10% 포로젠들 Si₃N₄ 폴리-중공 미세구체들
추가 단계들	UV 경화와 동시에 IR 램프들을 이용하여 가열	몰드는 주변 IR 램프들(대류)뿐만 아니라 가열 로드들(전도)을 이용하여 밑면으로부터 130℃로 가열됨. 제제는 하나 이상의 UV 소스를 이용하여 동시에 경화됨

연마 층들은 다양한 크기들, 예를 들어 1-50 마이크로미터의 공극들을 가질 수 있다. 표 3에 나열된 Si₃N₄ 폴리-중공 미세구체들(poly-hollow microspheres)은 1-50 마이크로미터의 크기들을 가질 수 있다.

다수의 구현예들이 설명되었다. 그럼에도 불구하고, 다양한 수정이 이루어질 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 연마 패드 또는 캐리어 헤드 중 어느 하나, 또는 둘 다가 연마 표면과 기판 사이의 상대적인 움직임을 제공하기 위해 이동할 수 있다. 연마 패드는 원형 또는 소정의 다른 형상일 수 있다. 연마 패드를 플래튼에 고정하기 위해 접착 층이 패드의 최하부면에 도포될 수 있고, 접착 층은 연마 패드가 플래튼 상에 배치되 전에 제거가능한 라이너에 의해 커버될 수 있다. 추가로, 수직 위치지정의 용어들이 이용되지만, 연마 표면과 기판은 거꾸로(upside down), 수직 배향으로, 또는 소정의 다른 배향으로 유지될 수 있음을 이해해야 한다.

따라서, 다른 구현예들은 이하의 청구항들의 범위 내에 있다.

Claims

화학적 기계적 연마 패드를 제조하는 방법으로서,
아크릴레이트 작용기들(acrylate functional groups)을 포함하는 폴리머 프리커서들을 몰드(mold) 내에 도입하는 단계;
연마재 입자들(abrasive particles) 및 광 개시제(photo-initiator)를 상기 폴리머 프리커서들 내에 제공하여 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물이 상기 몰드의 최상부 커버와 최하부 평판 사이에 포함되어 있는 동안, 상기 몰드의 투명 섹션을 통해 상기 혼합물을 자외선 복사에 노출시켜, 상기 폴리머 프리커서들이 라디칼들(radicals)을 형성하게 하는 단계; 및
상기 라디칼들이 서로 가교결합하게 함으로써 상기 폴리머 프리커서로부터 폴리머 매트릭스를 형성하는 단계 - 연마 층은 내부에 분산된 상기 연마재 입자들을 갖는 상기 폴리머 매트릭스를 포함함 -
를 포함하고,
상기 연마재 입자들을 제공하는 단계는 상기 혼합물 내에서 반응하여 연마재 입자들을 형성하는 무기물 프리커서들(inorganic precursors)을 도입하는 단계를 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
가스의 존재 하에서, 상기 폴리머 프리커서, 상기 연마재 입자들, 및 상기 광 개시제를 혼합하는 단계 - 상기 혼합은 상기 혼합물 내에 가스 버블들을 발생시키기에 충분한 속도(rapidity)로 수행됨 - ; 및
상기 혼합물을 상기 자외선 복사에 즉시 노출시켜 상기 가스 버블들을 상기 연마 층 내에 가두는(trap) 단계
를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 폴리머 프리커서, 상기 연마재 입자, 상기 광 개시제를 혼합하기 전에 가스 버블들을 상기 폴리머 프리커서에 도입하는 단계; 및
상기 폴리머 프리커서를 혼합한 직후에 상기 혼합물을 복사에 노출시키는 단계
를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼합물을 상기 자외선 복사에 노출시키기 전에 상기 혼합물에 포로젠들(porogens)을 도입하여 상기 연마 층 내에 공극들(pores)을 제공하는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼합물을 적외선(IR) 복사에 노출시키고, 열 개시제(thermal initiator)를 이용하여 상기 폴리머 프리커서의 경화를 활성화하고 - 상기 열 개시제는 상기 혼합물 내에 가스 버블들을 발생시키도록 구성됨 - , 상기 가스 버블들을 가두어 상기 연마 층 내에 다공성(porosity)을 만들어내는 단계를 더 포함하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 혼합물을 자외선 복사에 노출시키는 단계는 상기 혼합물을 제1 파장 대역 내의 자외선 복사에 먼저 노출시킨 다음, 상기 혼합물을 상기 제1 파장 대역보다 짧은 파장들을 갖는 제2 파장 대역 내의 자외선 복사에 노출시키는 단계를 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 연마재 입자들은 5nm - 50 미크론의 치수들을 갖고, SiO₂, CeO₂, TiO₂, Al₂O₃, BaTiO₃, HfO₂, SrTiO₃, ZrO₂, SnO₂, MgO, CaO, Y₂O₃, 또는 CaCO₃ 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
제1항에 있어서, 상기 입자들은 자신의 표면들 상에 배치된 계면활성제들을 더 포함하고, 상기 계면활성제들은 상기 혼합물 내에서의 상기 입자들의 침전(settling)을 감소시키는, 방법.
폭을 갖는 컨베이어 벨트;
자신의 최상부 커버와 최하부 평판 사이에 폴리머 프리커서를 유지하도록 구성된 몰드 - 상기 몰드는 상기 컨베이어 벨트에 의해 지지되고 이송되도록 구성되고, 상기 몰드는 상기 컨베이어 벨트의 폭보다 작은 폭을 가짐 - ;
상기 폴리머 프리커서, 연마재 입자들, 및 개시제를 포함하는 혼합물을 상기 몰드 내에 디스펜스하는 디스펜서;
상기 컨베이어 벨트의 폭에 걸쳐 장착되는 복사 소스들의 어레이 - 상기 몰드 위의 상기 최상부 커버는 UV 투명 섹션을 갖고, 상기 복사 소스들의 어레이로부터의 복사가 상기 UV 투명 섹션을 통과하여 상기 몰드 내의 상기 혼합물을 경화시켜서 연마 층의 전체 두께를 형성할 수 있고, 상기 최상부 커버는 상기 복사 소스들의 어레이에 직접 면하는(facing) 상기 혼합물의 표면 상에 평평한 프로파일(level profile)을 생성하도록 구성됨 - ; 및
상기 연마 층을 상기 최하부 평판 및 상기 최상부 커버로부터 분리하도록 구성된 디바이스
를 포함하는 시스템.
제9항에 있어서, 상기 복사 소스들의 어레이는 자외선(UV) 복사 소스들을 포함하고, 상기 복사 소스들의 어레이는 상기 컨베이어 벨트의 이동(travel) 방향을 따라, 철 도핑된(D) 전구들의 어레이[array of iron doped (D) bulbs]의 전방에 갈륨 도핑된(V) 전구들의 어레이[array of gallium doped (V) bulbs]를 포함하는, 시스템.
제9항에 있어서, 상기 복사 소스들의 어레이는 적외선(IR) 소스들을 포함하는, 시스템.
화학적 기계적 연마 패드를 제조하는 방법으로서,
폴리머 프리커서를 몰드 내에 도입하는 단계;
연마재 입자들 및 광 개시제를 상기 폴리머 프리커서 내에 제공하여 혼합물을 형성하는 단계;
상기 혼합물이 상기 몰드의 최상부 커버와 최하부 평판 사이에 포함되어 있는 동안, 상기 몰드의 투명 섹션을 통해 상기 혼합물을 자외선 복사에 노출시켜, 상기 폴리머 프리커서를 경화하여 연마 층의 전체 두께를 형성하는 단계 - 상기 연마 층은 내부에 분산된 연마재 입자들을 갖는 폴리머 매트릭스를 포함함 - ; 및
상기 연마 층을 상기 최하부 평판 및 상기 최상부 커버로부터 분리하는 단계
를 포함하고,
상기 혼합물을 자외선 복사에 노출시키는 단계는 상기 혼합물을 제1 파장 대역 내의 자외선 복사에 먼저 노출시킨 다음, 상기 혼합물을 상기 제1 파장 대역보다 짧은 파장들을 갖는 제2 파장 대역 내의 자외선 복사에 노출시키는 단계를 포함하는 방법.
제12항에 있어서, 상기 연마재 입자들을 제공하는 단계는 상기 폴리머 프리커서가 상기 몰드 내에 있는 동안 상기 폴리머 프리커서 내에 연마재 입자들을 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 상기 연마재 입자들을 제공하는 단계는 상기 혼합물 내에서 반응하여 연마재 입자들을 형성하는 무기물 프리커서들(inorganic precursors)을 도입하는 단계를 포함하는, 방법.
제12항에 있어서, 상기 최상부 커버를 이용하여, 상기 자외선 복사에 가장 가까운 상기 혼합물의 표면 상에 평평한 프로파일을 생성하는 단계를 더 포함하는 방법.