KR102581160B1 - 개선된 균일성을 갖는 화학 기계적 연마층을 제조하는 방법 - Google Patents

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마리 알덴 도나
더블유. 데그루트 말티
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스, 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 폴리머 쉘을 갖는 복수의 액체-충전된 미세요소의 조성물을 제공하는 단계; 상기 조성물을 원심 공기 분류를 통해 분류하여 미립자 및 조립 입자를 제거하고 800 내지 1500 g/리터의 밀도를 갖는 액체-충전된 미세요소를 생산하는 단계; 및, (i) 상기 분류된 액체-충전된 미세요소를 가열함에 의해 가스-충전된 미세요소로 전환시키는 것, 그런 다음 이들을 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 혼합하는 것, 및 수득한 혼합물을 주조 또는 성형하여 폴리머 패드 매트릭스를 형성시키는 것, 또는 (ii) 상기 분류된 액체-충전된 미세요소를 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 직접적으로 배합시키는 것, 및 주조 또는 성형하는 것에 의해 CMP 연마층을 형성시키는 단계를 포함하는, 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 화학 기계적 연마 (CMP 연마) 층을 제조하는 방법을 제공한다.

Description

개선된 균일성을 갖는 화학 기계적 연마층을 제조하는 방법{METHODS OF MAKING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING LAYERS HAVING IMPROVED UNIFORMITY}
본 발명은 폴리머 매트릭스에 분산된 폴리머 쉘을 갖는 복수의 미세요소, 바람직하게는, 마이크로구형체를 갖는 화학 기계적 연마 (CMP 연마) 패드를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 방법은 원심 공기 분류를 통해 복수의 액체-충전된 미세요소의 조성물을 분류하여 미립자 및 조립 입자를 제거하고 800 내지 1500 g/리터 또는, 바람직하게는, 950 내지 1300 g/리터의 밀도를 갖는 액체-충전된 마이크로구형체를 생산하는 단계, 및 그 다음 임의의 다음 (i) 또는 (ii) 단계에 의해 CMP 연마 패드를 형성하는 단계를 포함한다:
(i) 상기 분류된 액체-충전된 미세요소를 1 내지 30분의 기간 동안 70 내지 270℃로 가열함에 의해 10 내지 100 g/리터의 밀도를 갖는 가스-충전된 미세요소로 전환시키는 단계; 및 상기 가스-충전된 미세요소를 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 배합하여 패드 형성 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 패드 형성 혼합물을 주조 또는 성형하여 폴리머 패드 매트릭스를 형성하는 단계; 또는,
(ii) 상기 분류된 액체-충전된 미세요소를 25 내지 125℃의 주조 또는 성형 온도에서 1 내지 30분의 겔화 시간을 갖는 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 배합하여 패드 형성 혼합물을 형성시키는 단계, 및 상기 패드 형성 혼합물을 주조 또는 성형하여 상기 주조 또는 성형 온도에서 폴리머 패드 매트릭스를 형성시키는 단계, 및 반응 발열하도록 하여 상기 액체-충전된 미세요소를 가스-충전된 미세요소로 전환시키는 단계.
그 위에 제작된 집적회로를 갖는 반도체 웨이퍼는 소정 평면에서 마이크론의 분획 미만으로 다양하게 변해야 하는 초고도로-매끄럽고 평탄한 표면을 제공하도록 연마되어야 한다. 이 연마는 일반적으로 화학 기계적 연마 (CMP 연마)로 달성된다. CMP 연마에서, 웨이퍼 캐리어 또는 연마 헤드는 캐리어 어셈블리 상에 실장된다. 연마 헤드는 반도체 웨이퍼를 유지하고 웨이퍼를 CMP 장치 내의 테이블 또는 압반 상에 실장된 연마 패드의 연마층과 접촉되게 위치시킨다. 캐리어 어셈블리는 연마 매체 (예를 들면, 슬러리)가 연마 패드 상에 분배되고 웨이퍼와 연마층 사이의 갭 내로 인출되는 동안 웨이퍼와 연마 패드 사이에 통제가능 압력을 제공한다. 연마를 수행하기 위해, 연마 패드 및 웨이퍼는 전형적으로 서로에 대해 회전한다. 연마 패드가 웨이퍼 아래에서 회전함에 따라, 웨이퍼는 전형적으로 환상 연마 트랙 또는 연마 영역을 청소하고, 여기서 상기 웨이퍼의 표면이 연마되고 표면상의 연마층과 연마 매체의 화학적 및 기계적 작용에 의해 평탄하게 된다.
CMP 연마와 관련된 하나의 문제는 CMP 연마 패드에서의 불순물 및 연마층 불일치에 의해 야기된 웨이퍼 긁힘이다. CMP 연마 패드의 연마층은 일반적으로 불순물을 포함하고 그 안에 불일치된 원료 마이크로구형체 크기 분포를 갖는 마이크로구형체를 포함한다. 마이크로구형체를 팽창하고 분류하면 연마층의 일관성을 개선하는 데 도움이 될 수 있다. 원심 공기 분류기는 팽창된 마이크로구형체를 분류하는데 사용되어 왔다. 그러나, 원심 공기 분류기를 사용하는 팽창된 마이크로구형체의 분류는 주로 관성에 기초하여 수행된다; 만일 마이크로구형체 내에 치밀한 영역 또는 불순물이 존재하면, 분류가 덜 효과적이다. 마이크로구형체의 제조에 있어서, 무기 입자, 예컨대 콜로이드 실리카 및 수산화마그네슘이 중합 도중 안정화제로서 사용된다. 이들 무기 입자는 마이크로구형체 내의 치밀한 영역 및 불순물의 주요 공급원이다. 또한, 상업적으로 입수가능한 폴리머 팽창된 마이크로구형체는 불순물을 고려하지 않은 밀도 사양을 충족시키도록 제조된다. 많은 이러한 불순물은 웨이퍼의 둥근 홈 긁힘 또는 스크래칭을 초래하고, 그리고 구리 및 텅스텐과 같은 금속박 및 유전체 물질, 예컨대 테트라에틸옥시실리케이트 (TEOS) 유전체에서 채터 마크를 초래할 수 있다. 금속 및 유전체 필름에 대한 이러한 손상은 웨이퍼 결함 및 더 낮은 웨이퍼 수율을 초래할 수 있다. 한층 더, 팽창된 마이크로구형체를 분류해도 CMP 연마 패드를 제조하는데 사용된 폴리머 재료의 경화 또는 주조 도중에 2차 팽창을 방지하지 못한다.
Wank 등의 미국 특허 번호 8,894,732 B2는 알칼리토금속 산화물로 포매된 가스-충전된 폴리머 미세요소를 포함하는 연마층을 갖는 CMP 연마패드를 개시한다. 폴리머 미세요소는 가스-충전된 미세요소로 공기 분류된다. 수득한 폴리머 미세요소는 5 내지 200 ㎛의 직경을 가지며, 그 안에 5 ㎛ 초과의 입자 크기를 갖는, 0.1 wt.% 미만의 알칼리 토금속 산화물이 포매되어 있고, 그리고 120 ㎛ 초과의 평균 입자 크기를 갖는 응집체가 없다.
본 발명자들은 연마층의 용적 전체에 걸쳐 개선된 균일성을 가지는 연마층을 갖는 CMP 연마 패드를 더욱 일관되게 제조하기 위한 방법을 제공하는 문제를 해결하고자 하였다.
1. 본 발명에 따르면, 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 적어도 하나로부터 선택된 기판을 연마하기 위한 화학 기계적 연마 (CMP 연마) 층을 제조하는 방법은 하기를 포함한다: 폴리머 쉘을 갖는, 복수의 액체-충전된 미세요소, 바람직하게는, 마이크로구형체의 조성물을 제공하는 단계; 상기 조성물을 원심 공기 분류를 통해 분류하여 미립자 및 조립 입자를 제거하고 800 내지 1500 g/리터 또는, 바람직하게는, 950 내지 1300 g/리터의 밀도를 갖는 액체-충전된 미세요소를 생산하는 단계; 및 (i) 상기 분류된 액체-충전된 미세요소를 1 내지 30분의 기간 동안 70 내지 270℃ 또는, 바람직하게는, 100 내지 200℃로 가열함에 의해 10 내지 100 g/리터의 밀도를 갖는 가스-충전된 미세요소로 전환시키는 단계; 및 상기 가스-충전된 미세요소를 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 배합하여 패드 형성 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 패드 형성 혼합물을 주조 또는 성형하여 폴리머 패드 매트릭스를 형성하는 단계; 또는 (ii) 상기 분류된 액체-충전된 미세요소를, 예를 들면, 25 내지 125℃ 또는, 바람직하게는, 45 내지 85℃의 주조 또는 성형 온도에서 1 내지 30분 또는, 바람직하게는, 2 내지 10분의 겔화 시간을 가질 수 있는 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 배합하여 패드 형성 혼합물을 형성시키는 단계, 및 상기 패드 형성 혼합물을 주조 또는 성형하여 상기 주조 또는 성형 온도에서 폴리머 패드 매트릭스를 형성시키는 단계, 및 반응 발열하도록 하여 상기 액체-충전된 미세요소를 가스-충전된 미세요소로 전환시키는 단계 중 어느 하나에 의해 CMP 연마층 형성하는 단계.
2. 상기 항목 1에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 상기 분류는 복수의 액체-충전된 미세요소의 조성물을 코안다 블록을 지나 통과하게 하여, 이로써 원심 공기 분류가 관성, 가스 또는 기류 저항 및 코안다 효과의 조합을 통해 작동하는 단계를 포함한다.
3. 상기 항목 1 또는 2 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 분류는 미립자로서 1 내지 10 wt.% 또는, 바람직하게는, 1 내지 6 wt.%의 조성물 및 조립 입자로서 1 내지 10 wt.% 또는, 바람직하게는, 1 내지 6 wt.%의 조성물을 포함하는, 2 내지 20 wt.% 또는, 바람직하게는, 2 내지 12 wt.%의 조성물을 복수의 액체-충전된 미세요소의 조성물로부터 제거한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "미립자"는 공기 분류 및 정제 전에 액체-충전된 미세요소의 평균 입자 크기보다 적어도 50% 적은 평균 입자 크기를 갖는 입자 또는 액체 충전된 미세요소를 의미하고, "조립 입자"는 공기 분류 및 정제 전에 액체-충전된 미세요소의 평균 입자 크기보다 적어도 50% 큰 평균 입자 크기를 갖는 입자 및/또는 응집체를 의미한다.
4. 상기 항목 1, 2 또는 3 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 액체-충전된 미세요소의 수득한 조성물은 실리카, 마그네시아 및 다른 알칼리토금속 산화물이 실질적으로 없다.
5. 상기 항목 1, 2, 3 또는 4 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 액체-충전된 미세요소의 폴리머 쉘은 폴리(메트)아크릴로니트릴, 폴리(비닐리덴 염화물), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리 (이소보르닐 아크릴레이트), 폴리스티렌, 서로간의 이의 코폴리머, 비닐 할라이드 모노머, 예컨대 염화비닐과 이의 코폴리머, C1 내지 C4 알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 에틸 아크릴레이트, 부틸 아크릴레이트 또는 부틸 메타크릴레이트로부터 선택된 것들과 이의 코폴리머, C2 내지 C4 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트, 예컨대 하이드록시에틸 메타크릴레이트와 이의 코폴리머, 또는 아크릴로니트릴-메타크릴로니트릴 코폴리머로부터 선택된 폴리머를 포함한다.
달리 나타내지 않는 한, 온도 및 압력의 조건은 주위 온도 및 표준 압력이다. 인용된 모든 범위는 포괄적이고 조합가능하다.
달리 나타내지 않는 한, 괄호를 포함하는 임의의 용어는, 대안적으로, 괄호가 존재하지 않는 것처럼 전체의 용어 및 이들이 없는 용어, 그리고 대안적인 것 각각의 조합을 지칭한다. 따라서, 용어 "(폴리)이소시아네이트"는 이소시아네이트, 폴리이소시아네이트, 또는 이들의 혼합물을 지칭한다.
모든 범위는 포괄적이고 조합가능하다. 예를 들면, 용어 "50 내지 3000 cPs, 또는 100 또는 그 초과 cPs의 범위"는 각각 50 내지 100 cPs, 50 내지 3000 cPs 및 100 내지 3000 cPs를 포함할 것이다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "평균 입자 크기" 또는 "평균 입자 직경"은 Malvern Instruments (영국 맬버른 소재)로부터의 Mastersizer 2000을 사용하여 광 산란 방법에 의해 결정된 중량 평균 입자 크기를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "ASTM"은 펜실베니아주 웨스트 콘쇼호켄 소재의 ASTM International의 간행물을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "겔화 시간"은 소정의 반응 혼합물을, 예를 들면, 타이머를 제로에 설정하고 타이머가 켜지도록 한 30초 동안 1000 rpm으로 설정된 VM-2500 와류 실험실 혼합기 (StateMix Ltd., 캐나다 위니펙 소재)에서 요망된 처리 온도로 혼합하고, 상기 혼합물을 알루미늄 컵에 붓고, 상기 컵을 65℃로 설정된 겔화 타이머 (Gardco Hot Pot™ gel timer, Paul N. Gardner Company, Inc., 플로리다주 폼파노 비치 소재)의 뜨거운 포트에 넣고, 반응 혼합물을 20 RPM으로 와이어 교반기로 교반하고, 상기 와이어 교반기가 샘플에서 움직이지 않을 때 겔화 시간을 기록함에 의해 수득된 결과를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "폴리이소시아네이트"는 블록화된 이소시아네이트 기를 포함하여 3개 이상의 이소시아네이트 기를 갖는 임의의 이소시아네이트 기 함유 분자를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "폴리이소시아네이트 예비중합체"는 2종 이상의 활성 수소 기를 함유하는 활성 수소 함유 화합물, 예컨대 디아민, 디올, 트리올, 및 폴리올과 과잉의 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트의 반응 생성물인 임의의 이소시아네이트 기 함유 분자를 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "고형물"은 이의 물리적 상태에 관계없이 사용 조건에서 휘발하지 않는 물 또는 암모니아 이외의 임의의 물질을 의미한다. 따라서, 사용 조건에서 휘발하지 않는 액체 반응물은 "고형물"로 간주된다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "실리카, 마그네시아 및 다른 알칼리토금속 산화물이 실질적으로 없는"은 미세요소의 소정의 조성물이 상기 조성물의 총 고형물 중량을 기준으로, 마이크로구형체에 존재하는 유리 형태인 이들 물질의 전부를 1000 ppm 미만 또는, 바람직하게는, 500 ppm 미만으로 포함하는 것을 의미한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "점도"는, 100 ㎛ 갭을 갖는 50mm 평행 판 형상에서 0.1 - 100 rad/sec의 진동 전단 속도 스윕으로 설정된, 유량계를 사용하여 측정된 주어진 온도에서 순수한 형태 (100%)로 주어진 물질의 점도를 지칭한다.
달리 나타내지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 바와 같은, 용어 "wt.% NCO"는 주어진 NCO 기 또는 차단된 NCO 기 함유 생성물에 대한 스펙 시트 또는 MSDS에 대해 보고된 양을 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "wt.%"는 중량 퍼센트를 나타낸다.
도 1은 코안다 블록 공기 분류기의 도식적 측면도-단면을 도시한다.
도 2는 코안다 블록 공기 분류기의 도식적 정면도-단면을 도시한다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 화학 기계적 (CMP) 연마 패드는 폴리우레탄과 같은 폴리머 패드 매트릭스에 미세요소의 균질한 분산물을 포함하는 연마층을 포함한다. 균질성은 일관된 연마 패드 성능을 달성하는 데 중요하다. 균질성은, 미세요소의 폴리머 매트릭스 분산물의 케이크를 형성하기 위해 주조하고 그 다음 상기 케이크를 요망된 두께로 스카이빙하여 CMP 연마 패드를 형성하는 것과 같은, 단일 주조를 사용하여 다중 연마 패드를 제조하는 경우에 특별히 중요하다. 본 발명자들은 본 발명에 따른 액체-충전된 미세요소의 조성을 분류하는 방법이, 예를 들면, 액체-충전된 미세 요소가 가스-충전된 미세요소에 대한 것보다 분리에 대해 더 큰 관성을 가지기 때문에, 관성에 기초하여 이의 분류를 개선한다는 것을 발견하였다.
본 발명의 폴리머 패드 매트릭스는 폴리머 패드 매트릭스 내와 폴리머 패드 매트릭스의 연마 표면에 분포된 폴리머 미세요소를 갖는 연마층을 함유한다. 상기 액체-충전된 미세요소를 충전하는 유체는, 바람직하게는, 물, 이소부틸렌, 이소부텐, 이소부탄, 이소펜탄, 프로판올 또는 디(메)에틸 에테르, 예컨대 단지 부수적인 불순물을 함유하는 증류수이다. 액체-충전된 미세요소를 분류한 후, 수득한 미세요소는 연마층의 형성 전 또는 형성 동안에 가스-충전된 미세요소로 전환된다. CMP 연마 패드 내의 미세요소는 폴리머이며 외부 폴리머 표면을 가지고 있어, 이들은 CMP 연마 표면에서 텍스처를 생성할 수 있다.
본 발명의 수득한 분류되고 정제된 액체-충전된 폴리머 미세요소는 1 내지 100 ㎛의 평균 입자 크기를 갖는다. 바람직하게는, 수득한 액체-충전된 폴리머 미세요소는 전형적으로 2 내지 60 ㎛의 평균 입자 크기를 가진다. 가장 바람직하게는, 수득한 액체-충전된 폴리머 미세요소는 전형적으로 3 내지 30 ㎛의 평균 입자 크기를 가진다. 필수적이지는 않지만, 폴리머 미세요소는 바람직하게는 구형 형상을 가지거나 또는 마이크로구형체를 나타낸다. 따라서, 액체-충전된 폴리머 미세요소의 조성물이 구형 액체-충전된 미세요소를 포함할 때, 평균 크기 범위는 또한 직경 범위를 나타낸다. 예를 들면, 수득한 평균 입자 직경은 1 내지 100 ㎛, 또는, 바람직하게는, 2 내지 60 ㎛, 또는, 가장 바람직하게는, 3 내지 30 ㎛의 범위이다.
바람직하게는, 복수의 미세요소는 폴리아크릴로니트릴 또는 폴리아크릴로니트릴 코폴리머의 쉘 벽을 갖는 폴리머 마이크로구형체 (예를 들면, 네덜란드 암스테르담 소재의 Akzo Nobel로부터 Expancel™ 비드)를 포함한다.
액체-충전된 미세요소의 조성물의 공기 분류는 다양한 입자 크기의 관점에서 이러한 미세요소의 분류를 개선한다. 본 발명의 분류는 다양한 벽 두께, 입자 크기 및 밀도를 갖는 폴리머 미세요소를 분리한다. 이 분류는 여러 가지 과제를 제기하고: 그리고 원심 공기 분류 및 입자 스크리닝에서의 여러 시도가 실패하였다. 이들 공정은 미립자와 같은 공급원료에서 하나의 불리한 성분을 제거하는 데 가장 유용하다. 예를 들면, 폴리머 마이크로구형체의 대부분은 요망되지 않는 불순물과 중첩되는 입자 크기 범위를 가지기 때문에, 선별하는 방법을 사용하여 이들을 분리하는 것은 어렵다. 그러나, 코안다 블록을 포함하는 분리기는 관성, 가스 또는 기류 저항 및 코안다 효과의 조합으로 효과적인 결과를 제공하는 것으로 작동한다는 것이 밝혀졌다. 코안다 효과는 벽이 제트의 한쪽 면에 놓여지면, 그 제트가 벽을 따라 흐르는 경향이 있다고 기술한다. 구체적으로, 코안다 블록의 만곡된 벽에 인접한 가스 제트 내에 액체-충전된 미세요소를 통과시키는 것은 폴리머 미세요소를 분리한다. 조립 폴리머 미세요소는 코안다 블록의 만곡된 벽과 분리되어 2-방향 분리로 폴리머 미세요소를 세정한다. 공급원료가 미립자를 포함하는 경우, 본 발명의 방법은 코안다 블록 다음의 미립자와 함께 코안다 블록의 벽을 사용하여 미립자로부터 폴리머 미세요소를 분리하는 추가의 단계를 포함할 수 있다. 3-방향 분리에서, 조립 입자는 코안다 블록에서 가장 먼 거리로 분리되고, 그리고 중간 또는 깨끗한 커팅은 중간 거리로 분리되고 그리고 미립자는 코안다 블록을 따른다.
본 발명의 방법에 사용하기에 적합한 분류기는 Matsubo Corporation (일본 도쿄 소재)에 의해 시판되는 엘보우-제트 공기 분류기를 포함한다. 공급원료 제트 이외에, Matsubo 분리기는 폴리머 미세요소와 연합된 조립 입자로부터 폴리머 미세요소를 분리하는 것을 용이하게 하기 위해 폴리머 미세요소로 두 개의 추가의 가스 스트림을 유도하는 추가의 단계를 제공한다.
바람직한 크기 분포를 갖는 폴리머 미세요소로부터 입자 미립자 및 조립 입자의 분류 및 이들의 분리는 유익하게는 단일 단계에서 일어난다. 비록 단일 통과가 조립 및 미립 물질을 모두 제거하는 데 효과적이지만, 다양한 순서를 통한 분리, 예컨대 제1 조립 통과, 제2 조립 통과, 및 그 다음 제1 미립 통과 및 제2 미립 통과를 반복하는 것이 가능하다. 전형적으로, 가장 깨끗한 폴리머 미세요소 조성은 2 또는 3-방향 분리에 기인한다. 추가적인 분리 단계의 단점은 수율과 비용이다.
폴리머 미세요소의 조성물을 분류한 후, CMP 연마층은 폴리머 미세요소를 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 배합하여 패드 형성 혼합물을 형성하고 상기 패드 형성 혼합물을 주조 또는 성형함으로써 형성된다. 폴리머 미세요소와 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질을 배합시키기 위한 전형적인 방법은 정적 혼합 및 임펠러 또는 전단 장치 예컨대 압출기 또는 유체 혼합기를 포함하는 장치에서의 혼합을 포함한다. 혼합은 액체 폴리머 매트릭스에서 폴리머 미세요소의 분포를 개선시킨다. 혼합 후에, 폴리머 매트릭스를 건조 또는 경화시키는 것은 홈 가공, 천공 또는 다른 연마 패드 마무리 작업에 적합한 연마 패드를 형성한다.
도 1 및 2를 참고로 하면, 도 1에서 엘보우-제트 또는 코안다 블록 공기 분류기는 2개의 측벽 사이에 폭 (W)을 가진다. 도 2에서 나타낸 바와 같이, 코안다 블록 공기 분류기에서, 공기 또는 다른 적합한 가스, 예컨대 이산화탄소, 질소 또는 아르곤은 개구들 (10), (20) 및 (30)을 통해 흘러 코안다 블록 (40) 주위에 제트-흐름을 생성한다. 공급기 (50), 예컨대 펌프 또는 진동 공급기로 폴리머 미세요소 조성물을 주입하면 분류 공정을 개시하는 제트 스트림에 폴리머 미세요소를 위치시킨다. 제트 스트림에서, 관성력, 항력 (또는 가스 유동 저항) 및 코안다 효과가 조합되어 입자를 세 가지 크기 그룹화: 미립자, 중간 크기 및 조립 입자로 분류한다. 미립자 (60)는 코안다 블록을 따른다. 중간 크기의 폴리머 입자는 세정된 생성물 (70)로서 수집하기 위한 코안다 효과를 극복하기에 충분한 관성을 갖는다. 마지막으로, 조립 입자 (80)는 매체 입자로부터 분리하기 위해 최대 거리를 이동한다. 조립 입자는 i) 분류된 (요망된) 생성물의 것에 유사한 평균 입자 크기를 가지고 액체-충전 없는 임의의 무기 성분 및/또는 고형 폴리머 마이크로구형체의 존재에 기인한 밀도가 높은 입자; 및 ii) 분류된 생성물의 평균 입자 크기보다 50% 더 큰 평균 클러스터 크기로 응집된 폴리머 미세 요소의 조합을 함유한다. 이들 조립 입자는 웨이퍼 연마 및 특별히 진전된 절에 대한 패턴화된 웨이퍼 연마에 부정적인 영향을 미치는 경향이 있다. 작동시, 입자가 흐르는 공기 유동 채널을 한정하는 틈새의 간격 또는 폭은 각각의 분류로 분리된 분획을 결정한다. 코안다 블록 옆의 기류 채널은 FΔR 또는 쐐기인, F 쐐기 (110)와 둥근 코안다 블록 (40) 사이의 갭에 대응하는 폭 (100)을 갖는다. 중간 입자는 F 쐐기 (110)와 M 쐐기 (120) 사이에 놓이고 MΔR 또는 M 쐐기 (120)와 둥근 코안다 블록 사이의 갭에 대응하는 폭 (90)을 갖는 옆 가장 근접한 공기 유동 채널 안으로 흐른다. 두 개의 갭의 용이한 측정을 위해 둥근 코안다 블록에 참조점이 있다. 대안적으로, 폴리머 미세요소를 2개의 분획인, 조립 분획 및 세정된 분획으로 분리하기 위해 미립자 콜렉터를 제로로 폭 (100)을 수축시킬 수 있다.
본 발명에 따르면, 중간 액체-충전된 미세요소가 이들을 분류하는 것을 통해 액체-충전된 미세요소의 조성물로부터 보다 적은 미세요소를 제거하기 위해 흐르는 공기 유동 채널의 폭 (90)을 넓힐 수 있다.
본 발명에 따르면, 분류된 액체-충전된 미세요소, 예를 들면 액체-충전된 폴리머 마이크로구형체는 쉘 폴리머의 유형 및 가교결합하는 밀도에 의존하여, 이의 폴리머 쉘을 이의 연화점 이상, 예컨대 70 내지 270℃로 가열함에 의해 가스-충전된 미세요소로 전환될 수 있다. 가열에 의해, 상기 폴리머 쉘 내부의 액체는 기화하고, 상기 폴리머 마이크로구형체를 팽창시키고, 그리고 800 내지 1500 g/리터의 밀도를 10 내지 100 g/리터로 감소시킨다. 액체-충전된 폴리머 미세요소를 가스-충전된 폴리머 미세요소로 전환시키기 위해 필요한 열은 개별의 단계에서 IR 가열 램프를 사용하거나 또는, 보다 편리하게, 성형 또는 주조에 의해 CMP 연마층을 형성하는 반응 발열에 의해 제공될 수 있다.
본 발명에 따르면, 미세요소는 0 내지 50 vol.% 다공도, 또는, 바람직하게는, 5 내지 35 vol.% 다공도로 CMP 연마층에 편입된다. 균질성 및 양호한 성형 결과를 보장하고 완전히 주형을 채우기 위해, 본 발명의 반응 혼합물은 잘 분산되어야 한다.
적합한 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 폴리카보네이트, 폴리설폰, 폴리아미드, 에틸렌 코폴리머, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리에테르-폴리에스테르 코폴리머, 아크릴 폴리머, 폴리메틸 메타크릴레이트, 다염화비닐, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 코폴리머, 폴리부타디엔, 폴리에틸렌 이민, 폴리우레탄, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 에폭시, 실리콘, 이의 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함한다. 폴리머는 용액 또는 분산물의 형태로 되거나 또는 벌크 폴리머로 될 수 있다. 바람직하게는, 폴리머성 물질은 벌크 형태인 폴리우레탄이고; 그리고 가교결합된 비-가교결합된 폴리우레탄 중 어느 하나일 수 있다. 본 명세서의 목적 상, "폴리우레탄"은 이중작용성 또는 다작용성 이소시아네이트, 예를 들면 폴리에테르우레아, 폴리이소시아누레이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리우레탄우레아, 이의 코폴리머 및 이들의 혼합물로부터 유래된 생성물이다.
바람직하게는, 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 코폴리머의 1종 이상의 블록 또는 분절이 풍부한 상으로 분리될 수 있는 블록 또는 분절된 코폴리머이다. 가장 바람직하게는, 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 폴리우레탄이다. 주조된 폴리우레탄 매트릭스 물질은 반도체, 광학 및 자성 기판을 평탄화하는 데 특히 적합하다. 패드의 CMP 연마 특성을 제어하기 위한 접근법은 이의 화학 조성을 변경하는 것이다. 또한, 원료 및 제조 공정의 선택은 폴리머 형태학과 연마 패드를 제조하기 위해 사용된 물질의 최종 특성에 영향을 미친다.
액체 폴리머 매트릭스 형성 물질은 (i) 1종 이상의 디이소시아네이트, 폴리이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트 예비중합체로, 여기서 상기 예비중합체는 6 내지 15 wt.% NCO 함량을 가지는 예비중합체, 바람직하게는, 방향족 디이소시아네이트, 폴리이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트 예비중합체, 예컨대 톨루엔 디이소시아네이트, 및 (ii) 1종 이상의 경화제, 바람직하게는, 방향족 디아민 경화제, 예컨대 4,4'-메틸렌비스(3-클로로-2,6-디에틸아닐린) (MCDEA)을 포함할 수 있다.
바람직하게는, 우레탄 생산은 다작용성 방향족 이소시아네이트 및 예비중합체 폴리올로부터 제조된 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체의 제조를 포함한다. 본 명세서의 목적상, 용어 예비중합체 폴리올은 디올, 폴리올, 폴리올-디올, 이의 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함한다.
적합한 방향족 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트의 예는 방향족 디이소시아네이트, 예컨대, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6- 톨루엔 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 톨루이딘 디이소시아네이트, 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트 및 이들의 혼합물을 포함한다. 일반적으로, 다작용성 방향족 이소시아네이트는 전체 (i)의 총 중량을 기준으로 20 wt.% 미만의 지방족 이소시아네이트, 예컨대 4,4'-디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트 및 사이클로헥산디이소시아네이트를 함유한다. 바람직하게는, 방향족 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트는 15 wt.% 미만의 지방족 이소시아네이트 그리고 더 바람직하게는, 12 wt.% 미만의 지방족 이소시아네이트를 함유한다.
적합한 예비중합체 폴리올의 예는 폴리에테르 폴리올, 예컨대, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜 및 이들의 혼합물, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올 및 이들의 혼합물을 포함한다. 실시예 폴리올은, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3- 프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1, 3- 프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸- 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜 및 이들의 혼합물을 포함하는, 저분자량 폴리올과 혼합될 수 있다.
PTMEG 계열 폴리올의 이용가능한 예는 아래와 같다: 켄사스주 위치타 소재의 Invista로부터의 Terathane™ 2900, 2000, 1800, 1400, 1000, 650 및 250; 펜실바니아주 리머릭 소재의 Lyondell Chemicals로부터의 Polymeg™ 2900, 2000, 1000, 650; 뉴저지주 플로햄팍 소재의 BASF Corporation으로부터의 PolyTHF™ 650, 1000, 2000 및 저분자량 종 예컨대 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 및 1,4-부탄디올. PPG 폴리올의 이용가능한 예는 아래와 같다: 펜실바니아주 피츠버그 소재의 Covestro로부터의 Arcol™ PPG-425, 725, 1000, 1025, 2000, 2025, 3025 및 4000; 미시간주 미드랜드 소재의 Dow로부터의 Voranol™ 1010L, 2000L, 및 P400; 각각 Covestro로부터의 Desmophen™ 1110BD 또는 Acclaim™ 폴리올 12200, 8200, 6300, 4200, 2200. 에스테르 폴리올의 이용가능한 예는 아래와 같다: 뉴저지주 린드허스트 소재의 Polyurethane Specialties Company, Inc.로부터의 Millester™ 1, 11, 2, 23, 132, 231, 272, 4, 5, 510, 51, 7, 8, 9, 10,16, 253; Covestro로부터의 Desmophen™ 1700, 1800, 2000, 2001KS, 2001K2, 2500, 2501, 2505, 2601, PE65B; Covestro로부터의 Rucoflex™ S-1021-70, S-1043-46, S-1043-55.
바람직하게는 예비중합체 폴리올은 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜, 폴리에스테르 폴리올, 폴리프로필렌 에테르 글리콜, 폴리카프로락톤 폴리올, 이의 코폴리머 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다. 만일 예비중합체 폴리올이 PTMEG, 이들의 코폴리머 또는 이들의 혼합물이면, 이소시아네이트-종료된 반응 생성물은 바람직하게는 6.0 내지 20.0 중량 퍼센트의 미반응된 NCO 범위 중량 퍼센트를 가진다. PTMEG 또는 PPG와 블렌딩된 PTMEG로 형성된 폴리우레탄인 경우, 바람직한 NCO 중량 퍼센트는 6 내지 13.0 범위이고; 그리고 가장 바람직하게는 8.75 내지 12.0이다.
적합한 폴리우레탄 폴리머성 물질은 디올과 4, 4' - 디페닐메탄 디이소시아네이트 (MDI) 및 폴리테트라메틸렌 글리콜의 예비중합체 반응 생성물로부터 형성될 수 있다. 가장 바람직하게는, 디올은 1, 4 - 부탄디올 (BDO)이다. 바람직하게는, 예비중합체 반응 생성물은 6 내지 13 wt%의 미반응된 NCO를 가진다.
전형적으로, 예비중합체 반응 생성물은 경화제 폴리올, 폴리아민, 알코올 아민 또는 이들의 혼합물과 반응 또는 경화된다. 본 명세서의 목적상, 폴리아민은 디아민 및 다른 다작용성 아민을 포함한다. 경화제 폴리아민 예는 방향족 디아민 또는 폴리아민, 예컨대, 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린 [MBCA], 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6- 디에틸아닐린) [MCDEA]; 디메틸티오톨루엔디아민; 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄; 4,4'-메틸렌-비스- 아닐린; 디에틸톨루엔디아민; 5-tert-부틸-2,4- 및 3-tert-부틸- 2,6- 톨루엔디아민; 5-tert-아밀-2,4- 및 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민 및 클로로톨루엔디아민을 포함한다.
폴리이소시아네이트 예비중합체를 제조하기 위한 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응성을 증가시키기 위해, 촉매가 사용될 수 있다. 적합한 촉매는, 예를 들면, 올레산, 아젤라산, 디부틸주석딜라우레이트, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운덱-7-엔 (DBU), 　3차 아민 촉매, 예컨대 Dabco TMR, 및 상기한 것의 혼합물을 포함한다.
연마 패드를 제조하기 위해 사용된 폴리머의 성분은 바람직하게는 수득한 패드 형태가 안정적이고 쉽게 재생가능하도록 선택된다. 예를 들면, 폴리우레탄 폴리머를 형성하기 위해 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린 (MBCA)을 디이소시아네이트와 혼합할 때, 모노아민, 디아민 및 트리아민의 수준을 조절하는 것이 때로는 유리하다. 모노-, 디- 및 트리아민의 비율을 조절하는 것은 화학적 비 및 수득한 폴리머 분자량을 일관된 범위 내로 유지하는데 기여한다. 또한, 일관된 제조를 위해 첨가제 예컨대 항-산화제, 및 불순물 예컨대 물을 조절하는 것이 때로는 중요하다. 예를 들면, 물은 이소시아네이트와 반응하여 기체성 이산화탄소를 형성하기 때문에, 물 농도를 조절하는 것은 폴리머 매트릭스에 기공을 형성하는 이산화탄소 거품의 농도에 영향을 줄 수 있다. 우발적인 물과 이소시아네이트 반응은 또한 사슬 연장제와 반응하기 위해 이용가능한 이소시아네이트를 감소시키므로, (과잉의 이소시아네이트 기가 있는 경우) 가교결합의 수준과 함께 화학량론 및 수득한 폴리머 분자량을 변화시킨다.
많은 적합한 예비중합체, 예컨대, Adiprene™ LFG740D, LF700D, LF750D, LF751D, 및 LF753D 예비중합체 (Chemtura Corporation, 펜실바니아주 필라델피아 소재)는 0.1 중량 퍼센트 미만의 유리 TDI 모노머를 가지고 그리고 종래의 예비중합체보다 더 일관된 예비중합체 분자량 분포를 가지는 저-유리 이소시아네이트 예비중합체이고, 그래서 탁월한 연마 특징을 갖는 연마 패드를 형성하는 것을 용이하게 한다. 이것은 예비중합체 분자량 일관성을 개선하였고 낮은 유리 이소시아네이트 모노머는 보다 규칙적인 폴리머 구조를 제공하고, 그리고 개선된 연마 패드 일관성에 기여한다. 대부분의 예비중합체의 경우, 낮은 유리 이소시아네이트 모노머는 바람직하게는 0.5 중량 퍼센트 미만이다. 더욱이, 전형적으로 더 높은 수준의 반응 (즉 각각의 단부 상에 디이소시아네이트에 의해 캡핑된 1 초과 폴리올) 및 더 높은 수준의 유리 톨루엔 디이소시아네이트 예비중합체를 가지는 "종래의" 예비중합체는 유사한 결과를 생성하여야 한다. 또한, 저분자량 폴리올 첨가제, 예컨대, 디에틸렌 글리콜, 부탄디올 및 트리프로필렌 글리콜은 예비중합체 반응 생성물의 미반응된 NCO 중량 퍼센트의 조절을 용이하게 한다.
경화제 내 아민 (NH2) 기와 하이드록실 (OH) 플러스 액체 폴리우레탄 매트릭스 형성 물질의 임의의 유리 하이드록실 기의 합 대 액체 폴리우레탄 매트릭스 형성 물질 내 미반응된 이소시아네이트 기의 적합한 화학양론적 비는 0.80:1 내지 1:20:1, 또는, 바람직하게는 0.85:1 내지 1.1:1이다.
본 발명의 CMP 연마 패드의 CMP 연마층은 ASTM D1622-08 (2008)에 따라 측정될 때 ≥ 0.5 g/㎤의 밀도를 나타낸다. 따라서, 본 발명의 화학 기계적 연마 패드의 연마층은 ASTM D1622-08 (2008)에 따라 측정될 때 0.6 내지 1.2 g/㎤, 또는, 바람직하게는, 0.7 내지 1.1 g/㎤, 또는, 더 바람직하게는, 0.75 내지 1.0 g/㎤의 밀도를 나타낸다.
본 발명의 CMP 연마 패드는 ASTM D2240-15 (2015)에 따라 측정될 때 30 내지 90, 또는, 바람직하게는, 35 내지 80, 또는, 더 바람직하게는 40 내지 70의 쇼어 D 경도 (2s)를 나타낸다.
바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 패드에서 사용된 연마층은 500 내지 3750 마이크론 (20 내지 150 mils), 또는, 더 바람직하게는, 750 내지 3150 마이크론 (30 내지 125 mils), 또는, 더욱 더 바람직하게는, 1000 내지 3000 마이크론 (40 내지 120 mils), 또는, 가장 바람직하게는, 1250 내지 2500 마이크론 (50 내지 100 mils)의 평균 두께를 가진다.
본 발명의 화학 기계적 연마 패드의 연마층은 기판을 연마하기에 적합한 연마 표면을 가진다. 바람직하게는, 연마 표면은 천공 및 홈 중 적어도 하나로부터 선택된 매크로텍스쳐를 가진다. 천공은 연마 표면 일부 방향으로부터 또는 연마층의 두께를 통해 전체적으로 연장될 수 있다.
바람직하게는, 연마 동안 화학 기계적 연마 패드의 회전에 의해 적어도 1종의 홈이 연마되는 기판의 표면 위를 쓸어 내도록 홈은 연마 표면 상에 배열된다.
바람직하게는, 연마 표면은 만곡된 홈, 선형 홈, 천공 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 적어도 1종의 홈을 포함하는 매크로텍스쳐를 가진다.
바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 패드의 연마층은 기판을 연마하기에 적합한 연마 표면를 가지며, 여기서 상기 연마 표면은 그 안에 형성된 홈 패턴을 포함하는 매크로텍스쳐를 가진다. 바람직하게는, 상기 홈 패턴은 복수의 홈을 포함한다. 더 바람직하게는, 상기 홈 패턴은 홈 디자인, 예컨대 동심성 홈 (원형 또는 나선형일 수 있음), 만곡된 홈, 그물코 형상 홈 (예를 들면, 패드 표면을 가로지르는 X-Y 그리드로 배열됨), 다른 규칙적 디자인 (예를 들면, 육각형, 삼각형), 타이어 트레드 유형 패턴, 불규칙한 디자인 (예를 들면, 프랙탈 패턴), 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 하나로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 상기 홈 디자인은 랜덤 홈, 동심성 홈, 나선형 홈, 그물코 형상화된 홈, X-Y 그리드 홈, 육각형 홈, 삼각형 홈, 프랙탈 홈 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 연마 표면은 그 안에 형성된 나선형 홈 패턴을 갖는다. 상기 홈 프로파일은 바람직하게는 직선형 측벽을 갖는 직사각형으로부터 선택되거나 또는 홈 단면은 "V"형, "U"형, 톱니 및 이들의 조합일 수 있다.
본 발명의 화학 기계적 연마 패드는 선택적으로 연마층과 접속된 적어도 1종의 추가의 층을 더 포함한다. 바람직하게는, 상기 화학 기계적 연마 패드는 선택적으로 연마층에 부착된 압축성 서브 패드 또는 기저층을 더 포함한다. 상기 압축성 기저층은 바람직하게는 연마되어 지는 기판의 표면에 연마층의 적응을 개선시킨다.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, CMP 연마 패드는 폴리머 패드 매트릭스를 형성하는 미세요소를 함유하는 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질을 성형 또는 주조함에 의해 형성될 수 있다. CMP 연마 패드의 형성은 연마층의 바닥면 상에 서브 패드 층, 예컨대 폴리머 함침된 부직포, 또는 폴리머 시트를 적층하여 상기 연마층이 연마 패드의 최상부를 형성하도록 하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 화학 기계적 연마 패드를 제조하는 방법은 주형을 제공하는 단계; 상기 주형안으로 본 발명의 패드 형성 혼합물을 붓는 단계; 및 조합이 상기 주형에서 반응하여 경화된 케이크를 형성하게 하는 단계를 포함할 수 있고; 여기서 CMP 연마층은 경화된 케이크로부터 유래된다. 바람직하게는, 상기 경화된 케이크는 스카이빙되어 단일 경화된 케이크로부터 다중 연마층을 유도한다. 선택적으로, 본 방법은 상기 스카이빙 조작을 용이하게 하기 위해 경화된 케이크를 가열하는 단계를 추가로 포함한다. 바람직하게는, 상기 경화된 케이크는 상기 경화된 케이크가 복수의 연마층으로 스카이빙되는 스카이빙 조작 동안 적외선 가열 램프를 사용하여 가열된다.
또 다른 측면에 따르면, 본 발명은 기판을 연마하는 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법은: 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 적어도 하나로부터 선택된 기판을 제공하는 단계; 본 발명에 따른 화학 기계적 (CMP) 연마 패드, 예컨대 상기 항목 1 내지 5에서 CMP 연마 패드를 형성하는 방법 중 어느 하나에서 인용된 것을 제공하는 단계; 상기 CMP 연마 패드의 연마층의 연마 표면과 기판 사이에 동적 접촉을 생성하여 상기 기판의 표면을 연마하는 단계; 및, 연마제 컨디셔너로 상기 연마 패드의 연마 표면을 컨디셔닝하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 연마 패드를 제조하는 방법에 따르면, CMP 연마 패드에는 슬러리 유동을 개선하고 패드-웨이퍼 계면으로부터 연마 잔해를 제거하기 위해 이의 연마 표면 내에 절단된 홈 패턴이 제공될 수 있다. 이러한 홈은 선반을 사용하거나 또는 CNC 밀링 기계에 의해 연마 패드의 연마 표면 안으로 절단될 수 있다.
본 발명의 연마 패드를 사용하는 방법에 따르면, CMP 연마 패드의 연마 표면은 컨디셔닝될 수 있다. 패드 표면 "컨디셔닝" 또는 "드레싱"은 안정적인 연마 성능을 위한 일관된 연마 표면을 유지하는데 결정적이다. 경시적으로 연마 패드의 연마 표면이 마모되어 연마 표면의 마이크로텍스처를 평활화한다 - 이는 "글레이징"이라고 불리는 현상이다. 연마 패드 컨디셔닝은 전형적으로 연마 표면을 컨디셔닝 디스크로 기계적으로 마멸함으로써 달성된다. 컨디셔닝 디스크는 전형적으로 매립된 다이아몬드 포인트로 구성된 거친 컨디셔닝 표면을 갖는다. 컨디셔닝 공정은 패드 표면 안으로 현미경적 고랑을 절단하여, 패드 재료를 마멸하고 갈아서 연마 텍스처를 새롭게 한다.
연마 패드를 컨디셔닝하는 것은 연마가 정지될 때 ("현장외") CMP 공정에서 간헐적 중단 동안 또는 CMP 공정이 진행되는 동안 ("현장내") 컨디셔닝 디스크를 연마 표면과 접촉시키는 단계를 포함한다. 전형적으로 컨디셔닝 디스크는 연마 패드의 회전축에 대해 고정된 위치에서 회전되고, 연마 패드가 회전할 때 환상 컨디셔닝 영역을 청소한다.
본 발명의 화학 기계적 연마 패드는 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 적어도 하나로부터 선택된 기판을 연마하기 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법은: 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 (바람직하게는 반도체 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼) 중 적어도 하나로부터 선택된 기판을 제공하는 단계; 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 연마층의 연마 표면과 기판 사이에 동적 접촉을 생성하여 상기 기판의 표면을 연마하는 단계; 및, 연마제 컨디셔너로 상기 연마 표면을 컨디셔닝하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일부 구현예는 이제 다음과 같은 실시예에서 상세히 기재될 것이다:
일정한 공급기 시스템을 갖는 엘보우-제트 공기 분류기 모델 EJ-15-3S (Matsubo Corporation, 일본 도쿄 소재)을 사용하여 액체 Expancel™ 551 DU 40 이소부탄 충전된 마이크로구형체 (AkzoNobel, 네덜란드 아른헴 소재)의 샘플을 분류하였다. 본 액체-충전된 마이크로구형체는 아크릴로니트릴 및 비닐리덴 염화물 코폴리머의 폴리머 쉘 및 1127±3 g/리터의 측정된 밀도를 가졌다. 액체-충전된 폴리머 마이크로구형체는 아래 표 1에서 요약된 선택된 설정으로 가스 제트 안으로 진동 공급기를 통해 공급되었다. 설정은 2개의 쐐기 위치 A 및 B를 포함했다. 비록 단일 통과 (제1 통과)가 불리한 미립 (F) 및 조립 (G) 성분 모두 제거하는 데 효과적이지만, 엘보우-제트 공기 분류기를 통한 분류된 물질 (M)을 여러 번 통과함에 의해 분리 공정을 반복하는 다중 통과 (제2 및 제3 통과)가 사용될 수 있다.
표 1: 액체-충전된 폴리머 마이크로구형체의 원심 공기 분류에 사용된 설정
본 시험에서 사용된 원료와 F-컷, M-컷, G-컷의 실시예 번호 4 (모서리 위치 B: 제1 통과)의 액체-충전된 미세요소로부터의 스캐닝 전자현미경 (SEM 이미지)는 원심 공기 분류가 큰 (G-컷) 및 작은 (F-컷) 입자 모두를 제거하는데 아주 효율적이다는 것을 보여주었다.
폴리우레탄 CMP 연마층은 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질을 형성하기 위해 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체 (펜실바니아주 필라델피아 소재의 Chemtura Corporation으로부터의 Adiprene™ LF750D, 8.9% NCO)를 경화제로서 4, 4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린 (MbOCA)과 혼합함에 의해 제조되었다. 예비중합체 및 경화제 온도는 각각 54℃ 및 116C로 예비가열되었다. 예비중합체 대 경화제의 비는 경화제 내 NH2 기 대 예비중합체의 NCO 기의 퍼센트 몰비에 의해 정의될 때 화학양론이 105%가 되도록 설정되었다. 다공성은 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질의 총 중량을 기준으로 2.8 wt.%의 액체-충전된 폴리머 마이크로구형체를 첨가함으로써 제형에 도입되었다. 반응 발열을 사용하여 액체-충전된 폴리머 마이크로구형체를 가스-충전된 폴리머 마이크로구형체로 전환시켰다.
예비중합체, 경화제 및 미세요소는 소용돌이 혼합기를 사용하여 함께 동시에 혼합되었다. 혼합 후, 성분은 두께 대략 3 cm를 갖는 직경 10 cm의 작은 케이크로 분배되었다. 케이크는 104℃에서 16시간 동안 경화되었다. 경화된 샘플은 대략 0.2 ㎝의 두께를 갖는 얇은 시트로 슬라이스되었다. 샘플 밀도는 비중병에 의해서뿐만 아니라 이의 치수 용적에 대한 이의 중량으로 측정되었다. 비중병은 두 개의 챔버, 한 개의 셀 챔버와 공지된 용적을 갖는 한 개의 팽창 챔버를 가진다. 사전-칭량된 샘플 물질이 셀 챔버에 위치될 때, 팽창 챔버에 대한 밸브는 폐쇄되고 셀 챔버 내의 압력은 약 34.5 kPa (5 psi)로 공기에 의해 설정되었다.
셀 챔버 내의 압력이 평형 상태가 될 때, 팽창 챔버에 대한 밸브가 개방되고 셀과 팽창 챔버 모두에서 새로운 평형 압력이 도달된다. 그런 다음 이들 2개의 상이한 조건 하에서 가스 법칙을 사용하여 샘플의 비중병 용적이 계산될 수 있다.
개방 셀 함량은 치수 용적과 비중병 용적으로부터 측정된 발포된 샘플의 밀도 차이에 의해 계산되었다.
아래 표 2는 쐐기 위치 B, 제1 통과뿐만 아니라 원료에서 분류된 물질의 샘플 밀도를 요약한다. 개방 셀 함량 계산에서 나타낸 바와 같이, F- 컷은 (최고 치수 밀도로) 최소 팽창을 나타내었고 M- 컷은 가장 일관된 연마층을 제공했다. G- 컷은 (최소 치수 밀도로) 최대 팽창과 상당한 양의 개방 셀 함량을 나타냈다. 따라서, 실시예 4로 분류된 액체 -채워진 미세요소로부터 제조된 CMP 연마 패드는 개선된 균질성을 제공하였다. 이것은 아래 표 2에서 확인된다.
표 2: 쐐기 위치 B, 제1 통과로부터 분류된 물질 ( 실시예 4)의 샘플 밀도
*기공은 상호연결됨
주사 전자 현미경검사 (SEM)을 사용하여 연마 패드 층 다공성이 검사될 때, 액체-충전된 미세요소의 공기 분류에 의해 예기치 못한 이점이 관측되었다: 이들은 이들을 분류함에 있어 제어 불가능하게 확장되지 않았다. 실시예 4 액체-충전된 폴리머 미세요소 조성물의 SEM 이미지는 원료뿐만 아니라 상이한 컷 (쐐기 위치 B, 제1 통과)을 나타냈다. 액체-충전된 폴리머 마이크로구형체의 공기 분류가 없는 원료는 가끔 약 100 ㎛의 큰 갑작스런 분출 홀을 가지는 일부 비정상적 팽창을 나타냈다. 분류된 물질인, M-컷은 비정상적인 팽창 및 증가된 일관성을 나타내지 않았다. 조립 물질인, G-컷은 가장 비정상적인 팽창을 나타냈다. 따라서, 공기 분류를 사용하는 G-컷의 불리한 성분의 제거는 이들로 제조된 CMP 패드 연마층에서의 감소된 결함 및 연마층에서의 개선된 일관성 및 균일성에 기여할 수 있다.

Claims (10)

  1. 자성 기판, 광학 기판, 및 반도체 기판 중 적어도 하나로부터 선택된 기판을 연마하기 위한 화학 기계적 연마층(CMP 층)을 제조하는 방법이며,
    폴리머 쉘을 갖는 복수의 액체-충전된 미세요소의 원 조성물(raw composition)을 제공하는 단계로서, 상기 원 조성물은 폴리우레탄의 주조 시에 100 ㎛의 분출 홀을 형성하고, 상기 원 조성물의 조립 입자는 폴리우레탄의 주조 시에 상호 연결된 기공을 형성하는, 원 조성물의 제공 단계;
    코안다 블록 공기 분류기를 통해 원 조성물을 분류하여 상기 복수의 액체-충전된 미세요소의 원 조성물로부터 미립자 및 조립 입자를 제거하고, 분류된 액체-충전된 미세요소를 생성하고, 연마 층의 개방 셀 함량을 낮추는, 원 조성물을 분류하는 단계로서, 분류된 액체-충전된 미세요소는 800 내지 1500 g/리터의 밀도 및 3 내지 30 ㎛의 평균 입자 크기를 갖고, 개방 셀 함량은 아래와 같이 정의되는,

    원 조성물의 분류 단계; 및
    상기 분류된 액체-충전된 미세요소를 25 내지 125℃의 주조 또는 성형 온도에서 1 내지 30분의 겔화 시간을 갖는 액체 폴리머 매트릭스 형성 물질과 배합하여 패드 형성 혼합물을 형성하고, 상기 패드 형성 혼합물을 주조 또는 성형하여 상기 주조 또는 성형 온도에서 폴리머 패드 매트릭스를 형성하며, 반응 발열을 하도록 하여 상기 액체-충전된 미세요소를 가스-충전된 미세요소로 전환함으로써 CMP 층을 형성하는 단계로서, 상기 가스-충전된 미세요소는 10 내지 100 g/리터의 밀도를 갖고, 상기 CMP 층은 100 ㎛의 분출 홀 및 상호 연결된 기공이 없는, CMP 층의 형성 단계를 포함하는,
    화학 기계적 연마층을 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 분류 단계는 상기 복수의 액체-충전된 미세요소의 원 조성물로부터 미립자로서 1 내지 10 wt.%의 조성물 및 조립 입자로서 1 내지 10 wt.%의 조성물을 포함하는 2 내지 20 wt.%의 조성물을 제거하는, 화학 기계적 연마층을 제조하는 방법.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 상기 액체-충전된 미세요소의 폴리머 쉘은, 폴리(메트)아크릴로니트릴, 폴리(비닐리덴 염화물), 폴리(메틸 메타크릴레이트), 폴리(이소보르닐 아크릴레이트), 폴리스티렌, 서로간의 코폴리머, 비닐 할라이드 모노머와 이의 코폴리머, C1 내지 C4 알킬 (메트)아크릴레이트와 이의 코폴리머, C2 내지 C4 하이드록시알킬 (메트)아크릴레이트와 이의 코폴리머, 또는 아크릴로니트릴-메타크릴로니트릴 코폴리머로부터 선택되는 폴리머를 포함하는, 화학 기계적 연마층을 제조하는 방법.
  10. 삭제
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