KR102449539B1 - 컨디셔닝 내성을 갖는 화학적 기계적 연마 층 배합물 - Google Patents

컨디셔닝 내성을 갖는 화학적 기계적 연마 층 배합물 Download PDF

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Abstract

조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 함유하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.

Description

컨디셔닝 내성을 갖는 화학적 기계적 연마 층 배합물 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING LAYER FORMULATION WITH CONDITIONING TOLERANCE}
본 발명은 컨디셔닝 내성을 갖는 화학적 기계적 폴리우레탄 연마 층을 포함하는 화학적 기계적 연마 패드 및 기판의 화학적 기계적 연마 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드에 관한 것이다.
반도체의 제조는 전형적으로 여러 화학적 기계적 평탄화 (CMP) 공정을 포함한다. 각각의 CMP 공정에서, 연마제-함유 연마 슬러리 또는 연마제-무함유 반응성 액체와 같은 연마 용액과 조합된 연마 패드는, 후속 층의 수용을 위해 평탄화하거나 또는 평탄성을 유지하는 방식으로 과잉의 물질을 제거한다. 이러한 층의 적층은 집적 회로를 형성하는 방식으로 조합된다. 이러한 반도체 장치의 제작은 더 높은 가동 속도, 더 낮은 누설 전류 및 감소된 소비 전력을 갖는 장치에 대한 요건으로 인해 계속해서 더 복잡해지고 있다. 장치 구성에 있어서, 이는 보다 미세한 특징부 기하구조 및 증가된 금속화 수준으로 번역된다. 이러한 점점 엄중해지는 장치 디자인 요건은 더 낮은 유전 상수를 갖는 새로운 유전체와 배합된 구리 금속화의 채택을 유도한다. 장치의 증가된 복잡성과 조합된, 낮은 k 및 극히 낮은 k 물질과 빈번하게 연관되는 약화된 물리적 특성은, CMP 소비재, 예컨대 연마 패드 및 연마 용액에 대해 더 큰 요건을 초래하였다.
특히, 낮은 k 및 극히 낮은 k 유전체는 통상의 유전체에 비해 낮은 기계적 강도 및 열등한 접착을 갖는 경향이 있으며, 이는 평탄화를 더 어렵게 한다. 또한, 집적 회로의 특징부 크기가 감소함에 따라, CMP-유도 결함성, 예컨대 스크래칭이 더 큰 문제가 되고 있다. 또한, 집적 회로의 감소하는 필름 두께는 결함성에 있어서의 개선과 동시에 웨이퍼 기판에 허용되는 지형을 제공하는 것이 요구하며 -- 이러한 지형 요건은 점점 엄중한 평면성, 디싱(dishing) 및 침식 규격을 요구한다.
폴리우레탄 연마 패드는 다양한 엄격한 정확성의 연마 적용을 위해 사용되는 주요 패드 화학이다. 폴리우레탄 연마 패드는 실리콘 웨이퍼, 패턴화된 웨이퍼, 평판 디스플레이 및 자기 저장 디스크의 연마를 위해 효과적이다. 특히, 폴리우레탄 연마 패드는 집적 회로를 제작하기 위해 사용되는 대부분의 연마 작업에 대해 기계적 완전성 및 내화학성을 제공한다. 예를 들어, 폴리우레탄 연마 패드는 인열에 저항하기 위한 높은 강도; 연마 동안 마모 문제를 피하기 위한 내마모성; 및 강한 산성 및 강한 가성 연마 용액에 의한 공격에 저항하기 위한 안정성을 갖는다.
폴리우레탄 연마 층의 군은 미국 특허 번호 8,697,239에서 컬프(Kulp) 등에 의해 개시되어 있다. 컬프 등은 구리, 절연체, 장벽 및 텅스텐 중 하나 이상을 함유하는 패턴화된 반도체 기판의 연마를 위해 적합한 연마 패드를 개시하며, 상기 연마 패드는 중합체 매트릭스를 포함하고, 상기 중합체 매트릭스는 폴리올 블렌드, 폴리아민 또는 폴리아민 혼합물 및 톨루엔 디이소시아네이트로 이루어진 폴리우레탄 반응 생성물로 이루어지며, 상기 폴리올 블렌드는 15 내지 77 중량%의 총 폴리프로필렌 글리콜과 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜의 혼합물 및 20 대 1의 비 내지 1 대 20의 비의 폴리프로필렌 글리콜 대 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜의 중량비를 갖는 폴리프로필렌 글리콜과 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜의 혼합물이며, 상기 폴리아민 또는 폴리아민 혼합물은 액체 혼합물 중에서 8 내지 50 중량%이고, 상기 톨루엔 디이소시아네이트는 모두 중합체 매트릭스의 총 중량을 기준으로 20 내지 30 중량%의 총 톨루엔 디이소시아네이트 단량체 또는 부분적으로 반응한 톨루엔 디이소시아네이트 단량체이다.
그럼에도 불구하고, 특성들의 적절한 균형을 나타내고 목적하는 정도의 평탄화를 제공하면서 결함 형성을 최소화하고 높은 정도의 컨디셔닝 내성을 나타내는 화학적 기계적 연마 패드에 대한 지속적인 요구가 있다.
본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고, 여기서 기판은 자기 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 하나 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내고; 폴리우레탄 연마 층은 0.6 초과의 비중, 5 내지 80의 쇼어 D 경도 및 100 내지 450%의 파단 신율을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 (a) 다관능성 이소시아네이트; (b) (i) 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 갖는 카르복실산 함유 다관능성 경화제를 포함하는 경화제 시스템; 및 (c) 임의로, 복수의 마이크로요소를 포함하는 성분의 반응 생성물이고; 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 (a) 다관능성 이소시아네이트; (b) (i) 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 갖는 카르복실산 함유 다관능성 경화제; 및 (ii) 디아민; 디올; 아민 개시된 폴리올 경화제; 및 2,000 내지 100,000의 수 평균 분자량 MN 및 분자당 평균 3 내지 10개의 히드록실 기를 갖는 고분자량 폴리올 경화제 중 하나 이상을 포함하는 경화제 시스템; 및 (c) 임의로, 복수의 마이크로요소를 포함하는 성분의 반응 생성물이고; 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 (a) (i) 다관능성 이소시아네이트; 및 (ii) 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 갖는 카르복실산 함유 다관능성 물질; 및 (iii) 예비중합체 폴리올을 포함하는 성분의 반응 생성물인 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체; 및 (b) 하나 이상의 다관능성 경화제를 포함하는 경화제 시스템; 및 (c) 임의로, 복수의 마이크로요소를 포함하는 성분의 반응 생성물이고; 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층, 및 종점 검출 윈도우를 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 기판을 제공하고; 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하는 화학적 기계적 연마 패드를 선택하며; 여기서 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내도록 선택되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것이고; 연마 표면과 기판 사이에 동적 접촉을 생성하여 기판의 표면을 연마하고; 연마 표면을 연마 컨디셔너로 컨디셔닝하는 것을 포함하는, 기판의 화학적 기계적 연마 방법을 제공한다.
통상의 화학적 기계적 연마 공정에서, 컨디셔닝 디스크의 선택은 연마를 위한 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층의 연마 표면 상에 적절한 텍스쳐를 형성하고 지속시키는 것을 용이하게 하는데 필수적일 수 있다. 통상의 폴리우레탄 연마 층에 대해, 컨디셔닝 디스크의 선택은 연마 동안 구현되는 제거 속도 상에 큰 영향을 미친다. 즉, 통상의 폴리우레탄 연마 층은 제한된 컨디셔닝 내성을 갖는 것으로 악명 높다. 이에 따라, 안정한 제거 속도가 실제로 수득되기 어려울 수 있다. 본 출원인은 놀랍게도 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내도록 선택된 폴리우레탄 연마 층 조성물이 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 제공함을 발견하였다.
본원 및 첨부된 청구범위에 사용된 용어 "폴리(우레탄)"은 (a) (i) 이소시아네이트와 (ii) 폴리올 (디올 포함)과의 반응으로부터 형성된 폴리우레탄; 및 (b) (i) 이소시아네이트와 (ii) 폴리올 (디올 포함) 및 (iii) 물, 아민 (디아민 및 폴리아민 포함) 또는 물 및 아민 (디아민 및 폴리아민 포함)의 조합과의 반응으로부터 형성된 폴리(우레탄)을 포함한다.
폴리우레탄 연마 층 조성물과 관련하여 본원 및 첨부된 청구범위에 사용된 용어 "산가"는 ASTM 시험 방법 D7253-06 (2011년 재승인됨)에 의해 결정시에 원료 1 그램을 중화시키는데 필요한 수산화칼륨 밀리그램 (mg (KOH)/g)으로 표현된, 폴리우레탄 연마 층 조성물을 형성하는데 사용되는 원료 폴리올 중 산성 구성성분의 결정치이다.
폴리우레탄 연마 층의 연마 표면과 관련하여 본원 및 첨부된 청구범위에 사용된 용어 "컨디셔닝 내성"은 하기 식에 따라 결정된다.
Figure 112015060023214-pat00001
상기 식에서, CT는 컨디셔닝 내성 (%)이고; TEOSA는 공격적인 컨디셔닝 디스크를 사용한 실시예에 기재된 절차에 따라 측정시의 폴리우레탄 연마 층에 대한 TEOS 제거 속도 (Å/min)이고; TEOSM은 온화한 컨디셔닝 디스크를 사용한 실시예에 기재된 절차에 따라 측정시의 폴리우레탄 연마 층에 대한 TEOS 제거 속도 (Å/min)이다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상 (바람직하게는 0.5 내지 25 mg (KOH)/g; 보다 바람직하게는 2.5 내지 20 mg (KOH)/g; 더욱 더 바람직하게는 5 내지 15 mg (KOH)/g; 가장 바람직하게는 10 내지 15 mg (KOH)/g)의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상 (바람직하게는 85% 이상; 보다 바람직하게는 90% 이상; 가장 바람직하게는 95% 이상)의 컨디셔닝 내성을 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 (a) 다관능성 이소시아네이트; (b) 하나 이상의 다관능성 경화제를 포함하는 경화제 시스템; 및 (c) 임의로, 복수의 마이크로요소를 포함하는 성분의 반응 생성물이고; 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상 (바람직하게는 0.5 내지 25 mg (KOH)/g; 보다 바람직하게는 2.5 내지 20 mg (KOH)/g; 더욱 더 바람직하게는 5 내지 15 mg (KOH)/g; 가장 바람직하게는 10 내지 15 mg (KOH)/g)의 산가를 나타내고; 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상 (바람직하게는 85% 이상; 보다 바람직하게는 90% 이상; 가장 바람직하게는 95% 이상)의 컨디셔닝 내성을 나타낸다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층은 기판의 연마를 위해 적합화된 연마 표면을 갖는다. 바람직하게는, 연마 표면은 자기 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 하나 이상으로부터 선택된 기판의 연마를 위해 적합화된다. 보다 바람직하게는, 연마 표면은 반도체 기판의 연마를 위해 적합화된다.
바람직하게는, 연마 표면은 천공 및 홈 중 하나 이상으로부터 선택된 마크로텍스쳐를 갖는다. 천공은 폴리우레탄 연마 층의 두께를 통해 연마 표면 일부 경로 또는 모든 경로로부터 연장될 수 있다. 바람직하게는, 홈은 연마 동안 화학적 기계적 연마 패드의 회전시에 하나 이상의 홈이 연마되는 기판의 표면 상으로 스위핑하도록 연마 표면 상에 배열된다. 바람직하게는, 연마 표면은 만곡된 홈, 선형 홈 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 홈을 포함하는 마크로텍스쳐를 갖는다.
바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층은 기판의 연마를 위해 적합화된 연마 표면을 가지며, 여기서 연마 표면은 그에 형성된 홈 패턴을 포함하는 마크로텍스쳐를 갖는다. 바람직하게는, 홈 패턴은 복수의 홈을 포함한다. 보다 바람직하게는, 홈 패턴은 홈 디자인으로부터 선택된다. 바람직하게는, 홈 디자인은 동심형 홈 (원형 또는 나선형일 수 있음), 만곡된 홈, 크로스 해치 홈 (예를 들어, 패드 표면에 걸쳐 X-Y 격자형으로서 배열됨), 다른 규칙적인 디자인 (예를 들어, 육각형, 삼각형), 바퀴 자국형 패턴, 불규칙적인 디자인 (예를 들어, 프랙탈 패턴) 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 홈 디자인은 랜덤 홈, 동심형 홈, 나선형 홈, 크로스 해치 홈, X-Y 격자형 홈, 육각형 홈, 삼각형 홈, 프랙탈 홈 및 그의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 연마 표면은 그에 형성된 나선형 홈 패턴을 갖는다. 홈 프로파일은 바람직하게는 직선 측벽을 갖는 직사각형으로부터 선택되거나, 또는 홈 횡단면은 "V" 형상, "U" 형상, 톱니 및 그의 조합일 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 다관능성 이소시아네이트는 분자당 평균 2개 이상의 반응성 이소시아네이트 기 (즉, NCO)를 함유한다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 다관능성 이소시아네이트는 분자당 평균 2개의 반응성 이소시아네이트 기 (즉, NCO)를 함유한다.
바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 다관능성 이소시아네이트는 지방족 다관능성 이소시아네이트, 방향족 다관능성 이소시아네이트 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 다관능성 이소시아네이트는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트; 2,6-톨루엔 디이소시아네이트; 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트; 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트; 톨리딘 디이소시아네이트; 파라-페닐렌 디이소시아네이트; 크실릴렌 디이소시아네이트; 이소포론 디이소시아네이트; 헥사메틸렌 디이소시아네이트; 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트; 시클로헥산디이소시아네이트; 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 디이소시아네이트로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 다관능성 이소시아네이트는 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트이다.
바람직하게는, 다관능성 이소시아네이트는 특정한 다른 성분과 조합되어, 이어서 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드의 폴리우레탄 연마 층의 형성에서 사용되는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성한다. 바람직하게는, 본 발명의 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체는 다관능성 이소시아네이트; 및 (i) 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 갖는 카르복실산 함유 다관능성 경화제; 및 (ii) 예비중합체 폴리올 중 하나 이상을 포함하는 성분의 반응 생성물이다. 보다 바람직하게는, 본 발명의 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체는 다관능성 이소시아네이트; 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 갖는 카르복실산 함유 다관능성 경화제; 및 예비중합체 폴리올을 포함하는 성분의 반응 생성물이다.
바람직하게는, 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위해 사용되는 카르복실산 함유 다관능성 물질은, 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질의 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 카르복실산 함유 다관능성 물질은, (a) 분자당 평균 2개의 히드록실 기 및 1개의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질; 및 (b) 분자당 평균 2개의 활성 아민 수소 및 1개의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 더 바람직하게는, 카르복실산 함유 다관능성 물질은, 분자당 평균 2개의 히드록실 기 및 1개의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 카르복실산 함유 다관능성 물질은 하기 화학식을 갖는 펜던트 카르복실산 관능기를 갖는 선형 포화 폴리에스테르 디올로 이루어진 물질의 군으로부터 선택된다.
Figure 112015060023214-pat00002
상기 식에서, m 및 n은 0 내지 100 (바람직하게는 1 내지 50; 보다 바람직하게는 2 내지 25; 가장 바람직하게는 4 내지 10)으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 정수이다.
이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체의 제조에서 사용되는 예비중합체 폴리올은 바람직하게는 디올, 폴리올, 폴리올 디올, 그의 공중합체 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 예비중합체 폴리올은 폴리에테르 폴리올 (예를 들어, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜, 폴리(옥시에틸렌)글리콜); 폴리카르보네이트 폴리올; 폴리에스테르 폴리올; 폴리카프로락톤 폴리올; 그의 혼합물; 및 이들과, 에틸렌 글리콜 (EG); 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올 (BDO); 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 및 트리프로필렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 저분자량 폴리올과의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 예비중합체 폴리올은, 임의로 에틸렌 글리콜 (EG); 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올 (BDO); 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 및 트리프로필렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 저분자량 폴리올과 혼합된, 하나 이상의 폴리카프로락톤 폴리올; 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 (PTMEG); 폴리프로필렌 에테르 글리콜 (PPG), 및 폴리에틸렌 에테르 글리콜 (PEG)로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 예비중합체 폴리올은 폴리카프로락톤 디올; 에틸렌 글리콜 (EG); 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올 (BDO); 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 및 트리프로필렌 글리콜 중 하나 이상을 포함한다.
바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층의 형성에 사용되는 경화제 시스템은 하나 이상의 다관능성 경화제를 포함한다. 보다 바람직하게는, 다관능성 경화제는 (i) 디아민, (ii) 디올, (iii) 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 갖는 카르복실산 함유 다관능성 경화제; (iv) 아민 개시된 폴리올 경화제; 및 (v) 2,000 내지 100,000의 수 평균 분자량 MN 및 분자당 평균 3 내지 10개의 히드록실 기를 갖는 고분자량 폴리올 경화제; 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다.
바람직하게는, 디아민은 디에틸톨루엔디아민 (DETDA); 3,5-디메틸티오-2,4-톨루엔디아민 및 그의 이성질체; 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 그의 이성질체 (예를 들어, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민); 4,4'-비스-(sec-부틸아미노)-디페닐메탄; 1,4-비스-(sec-부틸아미노)-벤젠; 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린); 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린) (MCDEA); 폴리테트라메틸렌옥사이드-디-p-아미노벤조에이트; N,N'-디알킬디아미노 디페닐 메탄; p,p'-메틸렌 디아닐린 (MDA); m-페닐렌디아민 (MPDA); 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린) (MBOCA); 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디에틸아닐린) (MDEA); 4,4'-메틸렌-비스-(2,3-디클로로아닐린) (MDCA); 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸 디페닐메탄, 2,2',3,3'-테트라클로로 디아미노 디페닐메탄; 트리메틸렌 글리콜 디-p-아미노벤조에이트; 그의 이성질체; 디올; 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 디아민은 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린) (MBOCA)이다.
바람직하게는, 디올은 폴리카프로락톤 디올; 에틸렌 글리콜 (EG); 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올 (BDO); 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 트리프로필렌 글리콜; 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 디올은 폴리카프로락톤 디올; 에틸렌 글리콜 (EG); 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올 (BDO); 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 트리프로필렌 글리콜; 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 디올은 폴리카프로락톤 디올; 에틸렌 글리콜 (EG); 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 및 그의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 폴리카프로락톤 디올은 에틸렌 글리콜 개시된 폴리카프로락톤 디올이다. 보다 바람직하게는, 폴리카프로락톤 디올은 하기 화학식을 갖는 물질로부터 선택된다.
Figure 112015060023214-pat00003
또는
Figure 112015060023214-pat00004
상기 식에서, m 및 n은 1 내지 100 (바람직하게는 1 내지 50; 보다 바람직하게는 2 내지 25; 가장 바람직하게는 4 내지 10)으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 정수이다. 바람직하게는, 사용되는 폴리카프로락톤 디올은 1,000 내지 10,000 (보다 바람직하게는 1,000 내지 5,000; 가장 바람직하게는 1,500 내지 3,000)의 수 평균 분자량 MN을 갖는다.
바람직하게는, 카르복실산 함유 다관능성 경화제는, 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 다관능성 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질의 군으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 카르복실산 함유 다관능성 경화제는, (a) 분자당 평균 2개의 히드록실 기 및 1개의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 다관능성 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질; 및 (b) 분자당 평균 2개의 활성 아민 수소 및 1개의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 다관능성 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질로 이루어진 군으로부터 선택된다. 더욱 더 바람직하게는, 카르복실산 함유 다관능성 경화제는, 분자당 평균 2개의 히드록실 기 및 1개의 카르복실산 관능기를 가지며, 여기서 1개 이상의 카르복실산 관능기는 다관능성 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체를 형성하기 위한 반응에서 생존하는 것인 물질로 이루어진 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 카르복실산 함유 다관능성 경화제는 하기 화학식을 갖는 펜던트 카르복실산 관능기를 갖는 선형 포화 폴리에스테르 디올로 이루어진 물질의 군으로부터 선택된다.
Figure 112015060023214-pat00005
상기 식에서, m 및 n은 0 내지 100 (바람직하게는 1 내지 50; 보다 바람직하게는 2 내지 25; 가장 바람직하게는 4 내지 10)으로 이루어진 군으로부터 독립적으로 선택된 정수이다.
바람직하게는, 아민 개시된 폴리올 경화제는 분자당 평균 1개 이상의 질소 원자 (바람직하게는 1 내지 4개의 질소 원자; 보다 바람직하게는 2 내지 4개의 질소 원자; 가장 바람직하게는 2개의 질소 원자) 및 분자당 평균 3개 이상 (바람직하게는 3 내지 6개; 보다 바람직하게는 3 내지 5개; 가장 바람직하게는 4개)의 히드록실 기를 함유한다. 바람직하게는, 아민 개시된 폴리올 경화제는 700 이하 (보다 바람직하게는 150 내지 650; 더욱 더 바람직하게는 200 내지 500; 가장 바람직하게는 250 내지 300)의 수 평균 분자량 MN을 갖는다. 아민 개시된 폴리올 경화제는 바람직하게는 350 내지 1,200 mg KOH/g (보다 바람직하게는 400 내지 1,000 mg KOH/g; 가장 바람직하게는 600 내지 850 mg KOH/g)의 히드록실가 (ASTM 시험 방법 D4274-11에 의해 결정시)를 갖는다.
상업적으로 입수가능한 아민 개시된 폴리올 경화제의 예는 보라놀(Voranol)® 군의 아민 개시된 폴리올 (더 다우 케미칼 캄파니(The Dow Chemical Company)로부터 입수가능함); 쿼드롤(Quadrol)® 스페셜티 폴리올스(Specialty Polyols) (N,N,N',N'-테트라키스 (2-히드록시프로필 에틸렌 디아민))(바스프(BASF)로부터 입수가능함); 플루라콜(Pluracol)® 아민 기재 폴리올 (바스프로부터 입수가능함); 멀트라놀(Multranol)® 아민 기재 폴리올 (바이엘 머티리얼사이언스 엘엘씨(Bayer MaterialScience LLC)로부터 입수가능함); 트리이소프로판올아민 (TIPA) (더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수가능함); 및 트리에탄올아민 (TEA) (말린크로트 베이커 인크.(Mallinckrodt Baker Inc.)로부터 입수가능함)을 포함한다. 다양한 바람직한 아민 개시된 폴리올 경화제가 표 1에 열거되어 있다.
<표 1>
Figure 112015060023214-pat00006
바람직하게는, 고분자량 폴리올 경화제는 분자당 평균 3 내지 10개 (보다 바람직하게는 4 내지 8개; 더욱 더 바람직하게는 5 내지 7개; 가장 바람직하게는 6개)의 히드록실 기를 갖는다. 바람직하게는, 고분자량 폴리올 경화제는 2,000 내지 100,000 (보다 바람직하게는 2,500 내지 100,000; 더욱 더 바람직하게는 5,000 내지 50,000; 가장 바람직하게는 7,500 내지 15,000)의 수 평균 분자량 MN을 갖는다.
상업적으로 입수가능한 고분자량 폴리올 경화제의 예는 스펙플렉스(Specflex)® 폴리올, 보라놀® 폴리올 및 보라룩스(Voralux)® 폴리올 (더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수가능함); 멀트라놀® 스페셜티 폴리올스 및 울트라셀(Ultracel)® 플렉서블 폴리올스(Flexible Polyols) (바이엘 머티리얼사이언스 엘엘씨로부터 입수가능함); 및 플루라콜® 폴리올스 (바스프로부터 입수가능함)를 포함한다. 다양한 바람직한 고분자량 폴리올 경화제가 표 2에 열거되어 있다.
<표 2>
Figure 112015060023214-pat00007
바람직하게는, 다관능성 이소시아네이트에서의 미반응 이소시아네이트 (NCO) 기에 대한 경화제 시스템에서의 반응성 수소 기 (즉, 아민 (NH2)기 및 히드록실 (OH) 기의 합계)의 화학량론적 비는 0.6 내지 1.4 (보다 바람직하게는 0.80 내지 1.30; 가장 바람직하게는 1.1 내지 1.25)이다.
폴리우레탄 연마 층 조성물은 임의로 복수의 마이크로요소를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 복수의 마이크로요소는 폴리우레탄 연마 층 전반에 걸쳐 균일하게 분산된다. 바람직하게는, 복수의 마이크로요소는 포획된 기체 버블, 중공 코어 중합체 물질, 액체 충전된 중공 코어 중합체 물질, 수용성 물질, 불용성 상 물질 (예를 들어, 미네랄 오일) 및 그의 조합으로부터 선택된다. 보다 바람직하게는, 복수의 마이크로요소는 폴리우레탄 연마 층 전반에 걸쳐 균일하게 분포된, 포획된 기체 버블 및 중공 코어 중합체 물질로부터 선택된다. 바람직하게는, 복수의 마이크로요소는 150 μm 미만 (보다 바람직하게는 50 μm 미만; 가장 바람직하게는 10 내지 50 μm)의 중량 평균 직경을 갖는다. 바람직하게는, 복수의 마이크로요소는 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리아크릴로니트릴 공중합체의 쉘 벽을 갖는 중합체 마이크로벌룬을 포함한다 (예를 들어, 악조 노벨(Akzo Nobel)로부터의 엑스판셀(Expancel)®). 바람직하게는, 복수의 마이크로요소는 0 내지 35 부피%의 기공률 (보다 바람직하게는 10 내지 25 부피%의 기공률)로 폴리우레탄 연마 층으로 혼입된다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드에 사용되는 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타낸다. 바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드에 사용되는 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 내지 25 mg (KOH)/g (보다 바람직하게는 2.5 내지 20 mg (KOH)/g; 더욱 더 바람직하게는 5 내지 15 mg (KOH)/g; 가장 바람직하게는 10 내지 15 mg (KOH)/g)의 산가를 나타낸다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드에 사용되는 폴리우레탄 연마 층은 바람직하게는 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 연마 표면을 갖는다. 바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드에 사용되는 폴리우레탄 연마 층은 85% 이상 (보다 바람직하게는 90% 이상; 가장 바람직하게는 95% 이상)의 컨디셔닝 내성을 나타내는 연마 표면을 갖는다.
폴리우레탄 연마 층은 다공성 및 비다공성 (즉, 비충전) 구성 모두로 제공될 수 있다. 바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층은 ASTM D1622에 따라 측정시에 0.6 초과의 비중을 나타낸다. 보다 바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층은 ASTM D1622에 따라 측정시에 0.6 내지 1.5 (더욱 더 바람직하게는 0.7 내지 1.3; 가장 바람직하게는 0.95 내지 1.25)의 비중을 나타낸다.
바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층 조성물은 ASTM D2240에 따라 측정시에 5 내지 80의 쇼어 D 경도를 나타낸다. 보다 바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층은 ASTM D2240에 따라 측정시에 40 내지 80 (보다 바람직하게는 50 내지 70; 가장 바람직하게는 60 내지 70)의 쇼어 D 경도를 나타낸다.
바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층은 ASTM D412에 따라 측정시에 100 내지 500%의 파단 신율을 나타낸다. 바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층은 ASTM D412에 따라 측정시에 100 내지 450% (더욱 더 바람직하게는 125 내지 450%)의 파단 신율을 나타낸다.
바람직하게는, 폴리우레탄 연마 층은 그에 혼입된 1 ppm 미만의 연마제 입자를 함유한다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 바람직하게는 연마 기계의 압반과 접하도록 적합화된다. 바람직하게는, 화학적 기계적 연마 패드는 연마 기계의 압반에 장착되도록 적합화된다. 바람직하게는, 화학적 기계적 연마 패드는 감압성 접착제 및 진공 중 하나 이상을 사용하여 압반에 장착될 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 압반에 대한 장착을 용이하게 하기 위해 감압성 압반 접착제를 추가로 포함한다. 통상의 기술자는 감압성 압반 접착제로서 사용하기 위한 적절한 감압성 접착제를 선택하는 방법을 알 것이다. 바람직하게는, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 또한 감압성 압반 접착제 상에 적용된 라이너의 방출을 포함할 것이다.
본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 임의로 연마 층과 접하는 하나 이상의 추가의 층을 추가로 포함한다.
기판 연마 작업에서 중요한 단계는 공정에 대한 종점을 결정하는 것이다. 종점 검출을 위한 한 인기있는 계내 방법은 광 파장을 선택하기 위해 투명한 윈도우를 갖는 연마 패드를 제공하는 것을 포함한다. 연마 동안, 광 빔은 윈도우를 통해 웨이퍼 표면으로 향하며, 여기서 이는 반사되고 다시 윈도우를 통해 검출기 (예를 들어, 분광계)로 통과한다. 반송 신호를 기초로, 기판 표면의 특성 (예를 들어, 상부의 필름의 두께)이 종점 검출을 위해 결정될 수 있다. 이러한 광 기반 종점 방법을 용이하게 하기 위해, 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드는 임의로 종점 검출 윈도우를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 종점 검출 윈도우는 폴리우레탄 연마 층으로 혼입된 일체형 윈도우; 및 화학적 기계적 연마 패드로 혼입된 플러그 인 플레이스 윈도우 블록(plug in place window block)으로부터 선택된다. 통상의 기술자는 의도된 연마 공정에서 사용하기 위한 종점 검출 윈도우를 위해 구조물의 적절한 물질을 선택하는 것을 알 것이다.
기판의 화학적 기계적 연마를 위한 본 발명의 방법은 압반을 갖는 화학적 기계적 연마 장치를 제공하고; 연마하고자 하는 하나 이상의 기판을 제공하고 (바람직하게는 여기서 기판은 자기 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 하나 이상으로 이루어진 군으로부터 선택되고; 보다 바람직하게는 기판은 반도체 기판임; 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하는 본 발명의 화학적 기계적 연마 패드를 선택하며; 여기서 연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 조성물은 0.5 mg (KOH)/g 이상의 산가를 나타내도록 선택되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내고; 가장 바람직하게는 여기서 기판은 반도체 웨이퍼임); 압반을 화학적 기계적 연마 패드 상에 설치하고; 임의로, 화학적 기계적 연마 패드의 연마 표면과 기판 사이의 계면에 연마 배지를 제공하고 (바람직하게는 여기서 연마 배지는 연마 슬러리 및 비-연마제 함유 반응성 액체 배합물로 이루어진 군으로부터 선택됨); 연마 표면과 기판 사이에 동적 접촉을 생성하여 기판의 표면을 연마하며, 여기서 물질의 적어도 일부를 기판으로부터 제거하고; 연마 표면을 연마 컨디셔너로 컨디셔닝하는 것을 포함한다.
본 발명의 몇몇 실시양태가 이제 하기 실시예에서 상세히 기재될 것이다.
비교 실시예 C 및 실시예 1-5
폴리우레탄 연마 층의 제조
표 3에 언급된 (a) 51℃의 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체; (b) 경화제 시스템; 및 (c) 복수의 마이크로요소 (즉, 엑스판셀® 551DE20d60 기공 형성제)를 제어 혼합함으로써 제조된 캐스트 폴리우레탄 케이크로부터 비교 실시예 C에 따른 폴리우레탄 연마 층을 제조하였다. 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체에서의 미반응 이소시아네이트 (NCO) 기에 대한 경화제 시스템에서의 활성 수소 기 (즉, -OH 기 및 -NH2 기의 합계)의 비에 의해 정의된 바와 같은 화학량론이 표 3에 나타낸 바와 같도록 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체 및 경화제 시스템의 비를 설정하였다. 복수의 마이크로요소를 경화제 시스템의 첨가 전에 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체로 혼합하였다. 이어서, 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체와 혼입된 복수의 마이크로요소 및 경화제 시스템을 높은 전단 혼합 헤드를 사용하여 함께 혼합하였다. 혼합 헤드에서 배출시킨 후, 배합물을 86.4 cm (34 인치) 직경의 원형 몰드로 5분의 기간 동안 분배하여 대략 8 cm (3 인치)의 총 주입 두께를 생성하였다. 몰드를 경화 오븐에 위치시키기 전에 분배된 배합물을 15분 동안 겔화시켰다. 이어서, 다음의 사이클을 사용하여 몰드를 경화 오븐에서 경화시켰다: 주변 온도로부터 104℃로 오븐 설정 온도의 30분 경사, 이어서 104℃의 오븐 설정 온도로 15.5시간 동안 유지, 및 이어서 104℃로부터 21℃로 오븐 설정 온도의 2시간 경사.
이어서, 경화된 폴리우레탄 케이크를 몰드로부터 제거하고, 30 내지 80℃의 온도에서 2.0 mm (80 mil)의 평균 두께, TP-평균을 갖는 비교 실시예 C의 다중 폴리우레탄 연마 층으로 깎았다. 깎는 것은 케이크의 상부로부터 개시하였다.
실시예 1-5에 따른 폴리우레탄 연마 층을 드로우다운(drawdown) 기법을 사용하여 단일 시트로서 제조하였다. 표 3에서 각각의 실시예 1-5 각각에 대해 언급된 (a) 60℃의 이소시아네이트 종결된 예비중합체; (b) 경화제 시스템; 및 (c) 복수의 마이크로요소 (즉, 엑스판셀® 551DE20d60 기공 형성제)의 혼합을 위해 교반 혼합기를 사용하였다. 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체에서의 미반응 이소시아네이트 (NCO) 기에 대한 경화제 시스템에서의 활성 수소 기 (즉, OH 기 및 NH2 기의 합계)의 비에 의해 정의된 바와 같은 화학량론이 표 3에 나타낸 바와 같도록 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체 및 경화제 시스템의 비를 설정하였다. 복수의 마이크로요소를 경화제 시스템의 첨가 전에 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체로 혼합하였다. 이어서, 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체와 혼입된 복수의 마이크로요소 및 경화제 시스템을 교반 혼합기를 사용하여 30초 동안 함께 혼합하였다. 혼합 후, 드로우다운 바 또는 닥터 블레이드를 사용하여 대략 2 mm (80 mil)의 두께를 갖는 대략 60 x 60 cm (24 x 24 인치)의 시트로 배합물을 캐스팅하였다. 몰드를 경화 오븐에 위치시키기 전에 분배된 배합물을 15분 동안 겔화시켰다. 이어서, 다음의 사이클을 사용하여 몰드를 경화 오븐에서 경화시켰다: 주변 온도로부터 104℃로 오븐 설정 온도의 30분 경사, 이어서 104℃의 오븐 설정 온도로 15.5시간 동안 유지, 및 이어서 104℃로부터 21℃로 오븐 설정 온도의 2시간 경사.
폴리우레탄 연마 층 특성의 분석
기공 형성제 (엑스판셀® 물질)를 첨가하지 않은 비교 실시예 C 및 실시예 1-5에 따라 제조된 홈이 없는 폴리우레탄 연마 층 물질을 분석하여 표 4에 기록된 바와 같이 물리적 특성을 결정하였다. 기록된 비중이 ASTM D1622에 따라 순수에 대해 결정되었고; 기록된 쇼어 D 경도가 ASTM D2240에 따라 결정되었음을 유념하여야 한다.
폴리우레탄 연마 층의 인장 특성 (즉, 중앙 인장 강도, 중앙 파단 신율, 중앙 탄성률, 인성)을 50.8 cm/min의 크로스헤드 속도로서 MTS 시스템즈 코포레이션(Systems Corporation)으로부터 입수가능한 얼라이언스(Alliance) RT/5 기계적 시험기를 사용하여 ASTM D412에 따라 측정하였다. 23℃ 및 50%의 상대 습도로 설정된 온도 및 습도 조절되는 실험실에서 모든 시험을 수행하였다. 모든 시험 샘플을 시험의 수행 전에 언급된 실험실 조건 하에 5일 동안 컨디셔닝하였다. 폴리우레탄 연마 층 물질에 대해 기록된 중앙 인장 강도 (MPa) 및 중앙 파단 신율 (%)을 5개의 복제 샘플의 응력-변형 곡선으로부터 결정하였다.
폴리우레탄 연마 층 물질의 저장 탄성률 G' 및 손실 탄성률 G"를 비틀림 고정구를 갖는 TA 인스트루먼츠(TA Instruments) ARES 레오미터(Rheometer)를 사용하여 ASTM D5279-08에 따라 측정하였다. 주변 온도 아래로 조절하기 위해 기기에 연결된 액체 질소를 사용하였다. 샘플의 선형 점탄성 응답을 -100℃로부터 200℃로 3℃/min의 온도 경사로 10 rad/sec (1.59 Hz)의 시험 주파수에서 측정하였다. 시험 샘플을 인두스코(Indusco) 유압 스윙 암 절단 기계 상에서 47.5 mm x 7 mm 다이를 사용하여 폴리우레탄 연마 층으로부터 찍어내고, 이어서 가위를 사용하여 길이를 대략 35 mm로 절단하였다.
<표 3>
Figure 112015060023214-pat00008
A는 켐투라(Chemtura)로부터 입수가능한 아디프렌(Adiprene)® LFG963A 및 아디프렌® LF750D의 50/50 중량% 블렌드를 포함하는 7.2% NCO를 갖는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체였다.
B는 39.4 중량%의 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트 및 60.6 중량%의 하기 화학식을 갖는 카르복실산 함유 다관능성 물질의 반응 생성물로서 형성된 9.69% NCO를 갖는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체였다:
Figure 112015060023214-pat00009
상기 식에서, m 및 n은 4 내지 10의 정수이다 (DICAP® 2020 산 관능성 포화 폴리에스테르 폴리올로서 GEO 스페셜티 케미칼(Specialty Chemical)로부터 상업적으로 입수가능함).
C는 45.0 중량%의 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트; 하기 화학식을 갖는 51.5 중량%의 폴리카프로락톤 디올; 및 3.4 중량%의 디메틸올프로피온산 (DMPA)의 반응 생성물로서 형성된 9.60% NCO를 갖는 이소시아네이트 종결된 우레탄 예비중합체였다:
Figure 112015060023214-pat00010
상기 식에서, m 및 n은 4 내지 10의 정수이며, 여기서 폴리카프로락톤 디올은 2,000의 수 평균 분자량 MN을 갖는다 (CAPA® 2201A 선형 폴리카프로락톤 디올로서 더 페르스토르프 그룹(The Perstorp Group)으로부터 상업적으로 입수가능함).
D는 이소네이트(Isonate)® 181로서 더 다우 케미칼 캄파니로부터 입수가능한 23.0% NCO를 갖는 MDI 예비중합체였다.
E는 하기 화학식을 갖는 카르복실산 함유 다관능성 물질이었다:
Figure 112015060023214-pat00011
상기 식에서, m 및 n은 4 내지 10의 정수이다 (DICAP® 2020 산 관능성 포화 폴리에스테르 폴리올로서 GEO 스페셜티 케미칼로부터 상업적으로 입수가능함).
F는 하기 화학식을 갖는 폴리카프로락톤 디올이었다:
Figure 112015060023214-pat00012
상기 식에서, m 및 n은 10 내지 20의 정수이며, 여기서 폴리카프로락톤 디올은 2,000의 수 평균 분자량 MN을 갖는다 (CAPA® 2209 선형 폴리카프로락톤 디올로서 더 페르스토르프 그룹으로부터 상업적으로 입수가능함).
<표 4>
Figure 112015060023214-pat00013
비교 실시예 MPC 및 실시예 MP1-MP5
온화한 컨디셔닝 연마 실시예
비교 실시예 C 및 실시예 1-5에 따라 제조된 폴리우레탄 연마 층을 비교 실시예 MPC 및 실시예 MP1-MP5 각각을 위해 감압성 접착제를 사용하여 수바(Suba)TM IV 서브패드 (롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 CMP 인크.(Rohm and Haas Electronic Materials CMP Inc.)로부터 상업적으로 입수가능함) 상에 적층하였다.
연마 제거 속도 실험을 노벨러스 시스템즈(Novellus Systems)로부터의 200 mm 블랭킷 15k TEOS 시트 웨이퍼 상에서 수행하였다. 어플라이드 머티리얼스(Applied Materials) 200 mm 미라(Mirra)® 연마제를 사용하였다. 모든 연마 실험을 20.7 kPa (3 psi)의 하강 압력, 150 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 유속, 93 rpm의 테이블 회전 속도 및 87 rpm의 캐리어 회전 속도를 사용하여 수행하였다. 사용된 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 아사히(Asahi) CES 333F 슬러리와 탈이온수의 1:3 희석액이었고 pH는 5.1이었다. CS211250-1FN 다이아몬드 패드 컨디셔너 (키닉 캄파니로부터 상업적으로 입수가능함)를 사용하여 연마 표면을 컨디셔닝하였다. 연마 표면을 7 lb (3.18 kg)의 하강 압력을 사용하여 40분 동안 컨디셔너로 파괴하였다. 연마 표면을 7 lb (3.18 kg)의 하강 압력으로 연마 패드의 중심으로부터 1.7 in에서부터 9.2 in까지 10회 스위프/min으로 연마 동안 계내에서 추가로 컨디셔닝하였다. 3 mm 가장자리를 배제하고 49 포인트 나선형 스캔을 사용하여 KLA-텡커 FX200 계측 툴을 사용하여 연마 이전에 및 연마 이후에 필름 두께를 측정함으로써 제거 속도를 결정하였다. 온화한 컨디셔닝 제거 속도 실험의 결과를 표 5에 제공하였다.
<표 5>
Figure 112015060023214-pat00014
비교 실시예 APC 및 실시예 AP1-AP5
공격적인 컨디셔닝 연마 실시예
비교 실시예 C 및 실시예 1-5에 따라 제조된 폴리우레탄 연마 층을 비교 실시예 APC 및 실시예 AP1-AP5 각각을 위해 감압성 접착제를 사용하여 수바TM IV 서브패드 (롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 CMP 인크.로부터 상업적으로 입수가능함) 상에 적층하였다.
연마 제거 속도 실험을 노벨러스 시스템즈로부터의 200 mm 블랭킷 15k TEOS 시트 웨이퍼 상에서 수행하였다. 어플라이드 머티리얼스 200 mm 미라® 연마제를 사용하였다. 모든 연마 실험을 20.7 kPa (3 psi)의 하강 압력, 150 ml/min의 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물 유속, 93 rpm의 테이블 회전 속도 및 87 rpm의 캐리어 회전 속도를 사용하여 수행하였다. 사용된 화학적 기계적 연마 슬러리 조성물은 아사히 CES333F 슬러리와 탈이온수의 1:3 희석액이었고 pH는 5.1이었다. 8031C1 다이아몬드 패드 컨디셔너 (새솔 다이아몬드 인더스트리 캄파니, 리미티드(Saesol Diamond Ind. Co., Ltd.)로부터 상업적으로 입수가능함)를 사용하여 연마 표면을 컨디셔닝하였다. 연마 표면을 7 lb (3.18 kg)의 하강 압력을 사용하여 40분 동안 컨디셔너로 파괴하였다. 연마 표면을 7 lb (3.18 kg)의 하강 압력으로 연마 패드의 중심으로부터 1.7 in에서부터 9.2 in까지 10회 스위프/min으로 연마 동안 계내에서 추가로 컨디셔닝하였다. 3 mm 가장자리를 배제하고 49 포인트 나선형 스캔을 사용하여 KLA-텡커 FX200 계측 툴을 사용하여 연마 이전에 및 연마 이후에 필름 두께를 측정함으로써 제거 속도를 결정하였다. 공격적인 제거 속도 실험의 결과를 표 6에 제공하였다. 제거 속도 실험으로부터 계산된 연마 층의 컨디셔닝 내성을 표 7에 열거하였다.
<표 6>
Figure 112015060023214-pat00015
<표 7>
Figure 112015060023214-pat00016

Claims (10)

  1. 조성물 및 연마 표면을 갖는 폴리우레탄 연마 층을 포함하며; 여기서 폴리우레탄 연마 층 조성물은 0.5 내지 25 mg (KOH)/g 의 산가를 나타내고;
    폴리우레탄 연마 층은
    (a) 다관능성 이소시아네이트;
    (b) (i) 분자당 평균 2개 이상의 활성 수소 및 1개 이상의 카르복실산 관능기를 갖고 하기 화학식을 갖는 카르복실산 함유 다관능성 경화제:
    Figure 112022029051140-pat00017

    상기 식에서, m 및 n은 1 내지 100 에서 독립적으로 선택된 정수임,
    를 포함하는 경화제 혼합물
    을 포함하는 성분의 반응 생성물인, 화학적 기계적 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 폴리우레탄 연마 층은 복수의 마이크로요소를 추가로 포함하는 것인, 화학적 기계적 연마 패드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    연마 표면은 기판의 연마를 위해 적합화되고; 연마 표면은 80% 이상의 컨디셔닝 내성을 나타내는 것인, 화학적 기계적 연마 패드.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 폴리우레탄 연마 층이 0.6 내지 1.5의 비중; 5 내지 80의 쇼어 D 경도; 100 내지 450%의 파단 신율을 나타내는 것인 화학적 기계적 연마 패드.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 경화제 혼합물이
    디아민;
    디올;
    아민 개시된 폴리올 경화제; 및
    2,000 내지 100,000의 수 평균 분자량 MN 및 분자당 평균 3 내지 10개의 히드록실 기를 갖는 고분자량 폴리올 경화제
    중 하나 이상을 추가로 포함하는 것인 화학적 기계적 연마 패드.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
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