KR102598725B1 - 연마 제품들, 및 화학적 기계적 연마 제품들을 제조하기 위한 통합된 시스템 및 방법들 - Google Patents

연마 제품들, 및 화학적 기계적 연마 제품들을 제조하기 위한 통합된 시스템 및 방법들 Download PDF

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카시라만 크리쉬난
다니엘 레드필드
라지브 바자즈
러셀 에드워드 페리
그레고리 이. 멘크
프레드 씨. 레데커
마헨드라 씨. 오릴랄
제이슨 지. 펑
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Abstract

연마 제품 제조 시스템은 피드 섹션 및 테이크업 섹션- 테이크업 섹션은 화학적 기계적 연마 프로세스를 위해 그 위에 배치된 연마 제품을 갖는 공급 롤을 포함함 - ; 피드 섹션과 테이크업 섹션 사이에 배치된 복수의 프린트헤드를 포함하는 프린트 섹션; 및 피드 섹션과 테이크업 섹션 사이에 배치된 경화 섹션 - 경화 섹션은 열 경화 디바이스 및 전자기 경화 디바이스 중 하나 또는 둘 다를 포함함 - 을 포함한다.

Description

연마 제품들, 및 화학적 기계적 연마 제품들을 제조하기 위한 통합된 시스템 및 방법들{POLISHING ARTICLES AND INTEGRATED SYSTEM AND METHODS FOR MANUFACTURING CHEMICAL MECHANICAL POLISHING ARTICLES}
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 기판들 또는 웨이퍼들의 화학적 기계적 연마를 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 화학적 기계적 연마를 위한 연마 패드 또는 연마 제품(article)의 제조의 방법, 및 연마 제품 제조 시스템에 관한 것이다.
기판들 상에 집적 회로들 및 다른 전자 디바이스들을 제조할 때, 전도체, 반도체 또는 유전체 재료의 복수의 층이 기판의 피쳐 면 상에 퇴적되거나 기판의 피쳐 면으로부터 제거된다. 기판 상에서의 이러한 재료들의 순차적인 퇴적 및 제거는 피쳐 면이 평면이 아니게 할 수 있고, 일반적으로 연마라고 지칭되는 평탄화 프로세스를 필요로 할 수 있으며, 그러한 평탄화 프로세스에서는 이전에 퇴적된 재료가 기판의 피쳐 면으로부터 제거되어 대체로 균일하거나 평면이거나 평평한 표면을 형성한다. 프로세스는 원하지 않는 표면 토포그래피 및 표면 결함들, 예컨대 거친 표면들, 응집된 재료들(agglomerated materials), 결정 격자 손상, 및 스크래치들을 제거하는 데에 유용하다. 연마 프로세스는 후속하는 퇴적 및 처리를 위해 피쳐들을 채우고 균일하거나 평평한 표면을 제공하기 위해 이용되는 과잉 퇴적된 재료를 제거함으로써 기판 상에 피쳐들을 형성하는 데에도 유용하다.
하나의 연마 프로세스는 화학적 기계적 연마(CMP)로서 알려져 있으며, 거기에서 기판은 기판 캐리어 어셈블리 내에 배치되고, 이동하는 플래튼 어셈블리에 장착된 연마 매체에 대해 제어가능하게 압박된다(urged). 연마 매체는 전형적으로 연마 제품 또는 연마 패드이다. 캐리어 어셈블리는 이동 플래튼에 대한 회전 이동을 제공하고, 재료 제거는 기판의 피쳐 면과 연마 매체 사이의 화학 작용, 기계적 박리, 또는 화학 작용 및 기계적 박리의 조합에 의해 달성된다.
그러나, 연마 프로세스는 연마 매체의 연마 표면의 "글레이징(glazing)" 또는 평활화(smoothening)를 야기하고, 이는 필름 제거율을 감소시킨다. 다음으로, 연마 매체의 표면은 연마 표면을 복구하기 위해 "조면화"되거나 컨디셔닝되며, 이는 국지적 유체 이송을 증대시키고 제거율을 향상시킨다. 통상적으로, 컨디셔닝은 마이크로미터 크기의 공업용 다이아몬드와 같은 연마재로 코팅된 컨디셔닝 디스크를 이용하여, 2개의 웨이퍼를 연마하는 사이에, 또는 웨이퍼를 연마하는 것과 병렬로 수행된다. 컨디셔닝 디스크는 매체의 표면에 대하여 회전되고 밀어 붙여지며, 연마 매체의 표면을 기계적으로 컷(cut)한다. 그러나, 컨디셔닝 디스크에 가해지는 회전 및/또는 하향력은 제어되는 반면, 컷팅 동작은 비교적 무차별적(indiscriminate)이고, 연마재들은 연마 표면에 고르게 침투하지 않을 수 있으며, 이는 연마 매체의 연마 표면에 걸쳐 표면 조도(surface roughness)의 차이를 생성한다. 컨디셔닝 디스크의 컷팅 동작은 쉽게 제어되지 않으므로, 매체 수명이 단축될 수 있다. 또한, 컨디셔닝 디스크의 컷팅 동작은 때로는 패드 잔해와 함께, 연마 표면 내에 큰 애스퍼리티(asperities)를 생성한다. 연마 프로세스에서는 애스퍼리티가 유익하지만, 애스퍼리티는 연마 동안 떨어져 나올 수 있고, 이는 컷팅 동작으로부터 발생하는 패드 잔해와 함께 기판 결함의 원인이 되는 잔해를 생성한다.
연마 표면의 균일한 컨디셔닝을 제공하려는 시도에서, 연마 제품의 연마 표면에 작용하는 다수의 다른 방법 및 시스템이 수행되어 왔다. 그러나, 디바이스 및 시스템의 제어(예를 들어, 다른 척도 중에서도 특히 컷팅 동작, 하향력)는 만족스럽지 않은 채로 남아있고, 연마 매체 자체의 속성들에 의해 방해를 받을 수 있다. 예를 들어, 패드 매체의 경도 및/또는 밀도와 같은 속성들은 불균일할 수 있고, 이는 연마 표면의 일부 부분들에서 다른 부분들에 비해 더 공격적인 컨디셔닝을 야기한다.
그러므로, 균일한 연마 및 컨디셔닝을 용이하게 하는 속성들을 갖는 연마 제품이 필요하다.
본 개시내용의 실시예들은 일반적으로 기판들 또는 웨이퍼들의 화학적 기계적 연마를 위한 장치 및 방법에 관한 것이고, 더 구체적으로는, 화학적 기계적 연마를 위한 연마 제품, 연마 제품 제조 시스템, 및 연마 제품의 제조의 방법에 관한 것이다.
일 실시예에서, 연마 제품 제조 시스템은 피드 섹션(feed section) 및 테이크업 섹션(take-up section) - 테이크업 섹션은 화학적 기계적 연마 프로세스를 위해 그 위에 배치된 연마 제품을 갖는 공급 롤(supply roll)을 포함함 - ; 피드 섹션과 테이크업 섹션 사이에 배치된 복수의 프린트헤드를 포함하는 프린트 섹션; 및 피드 섹션과 테이크업 섹션 사이에 배치된 경화 섹션(curing section) - 경화 섹션은 열 경화 디바이스(thermal curing device) 및 전자기 경화 디바이스(electromagnetic curing device) 중 하나 또는 둘 다를 포함함 - 을 포함한다.
다른 실시예에서, 연마 제품이 제공되고, 복합 패드 바디(composite pad body)를 포함한다. 복합 패드 바디는, 연마 표면을 형성하는 복수의 연마 피쳐 - 복수의 연마 피쳐는 제1 재료로 형성됨 - ; 및 제2 재료로 형성된 하나 이상의 베이스 피쳐 - 하나 이상의 베이스 피쳐는 단일체 바디를 형성하기 위해 복수의 연마 피쳐를 둘러싸고, 제1 재료는 제2 재료의 경도(hardness)보다 큰 경도를 가짐 - 를 포함한다.
다른 실시예에서, 화학적 기계적 연마 프로세스를 위한 교체용 공급 롤(replacement supply roll)이 제공되고, 그 위에 연마 제품이 감겨진 로드(rod)를 포함한다. 연마 제품은 복합 패드 바디를 포함하고, 복합 패드 바디는, 연마 표면을 형성하는 복수의 연마 피쳐 - 복수의 연마 피쳐는 제1 재료로 형성됨 - ; 및 제2 재료로 형성된 하나 이상의 베이스 피쳐 - 하나 이상의 베이스 피쳐는 단일체 바디를 형성하기 위해 복수의 연마 피쳐를 둘러싸고, 제1 재료는 제2 재료의 경도(hardness)보다 큰 경도를 가짐 - 를 포함한다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 도시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 예시적인 화학적 기계적 연마 모듈의 평면도이다.
도 2는 도 1의 모듈의 예시적인 처리 스테이션의 단면도이다.
도 3a는 롤-투-롤 패드 제조 시스템의 일 실시예의 개략적 등축도이다.
도 3b는 롤-투-롤 패드 제조 시스템의 다른 실시예의 개략적 측면도이다.
도 4a는 도 3a의 패드 제조 시스템 또는 도 3b의 패드 제조 시스템 내에서 이용될 수 있는 3D 프린팅 스테이션의 일 실시예의 개략적 단면도이다.
도 4b는 도 3a의 패드 제조 시스템 또는 도 3b의 패드 제조 시스템 내에서 이용될 수 있는 3D 프린팅 스테이션의 일 실시예의 개략적 단면도이다
도 5a는 연마 제품 어셈블리의 일 실시예의 상부도이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 연마 제품 어셈블리의 일부분의 확대 등축도이다.
도 6a는 연마 제품 어셈블리의 다른 실시예의 상부도이다.
도 6b는 도 6a의 연마 제품 어셈블리의 일부분의 확대 등축도이다.
도 7a는 연마 제품 어셈블리의 다른 실시예의 상부도이다.
도 7b는 도 6a에 도시된 연마 제품 어셈블리의 일부분의 확대 등축도이다.
도 8은 본 개시내용의 다른 실시예에 따른 연마 제품의 개략적 사시 단면도이다.
도 9는 관측 윈도우를 갖는 연마 제품의 다른 실시예의 개략적 사시 단면도이다.
도 10은 백킹 층을 포함하는 연마 제품의 다른 실시예의 개략적 단면도이다.
도 11은 복수의 구역을 갖는 연마 제품의 다른 실시예의 개략적 단면도이다.
도 12는 도 11의 연마 제품의 부분 확대 단면도이다.
이해를 쉽게 하기 위해, 가능한 경우에는 도면들에 공통인 동일한 구성요소를 지칭하는 데에 공통의 단어들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 구성요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 이용될 수 있다고 고려된다.
도 1은 캘리포니아 주 산타클라라에 위치된 Applied Materials, Inc.에 의해 제조되는 REFLEXION® 화학적 기계적 연마기의 일부분인 연마 모듈(106)의 평면도를 도시한다. 본 명세서에 설명되는 실시예들이 이 연마 시스템 상에서 이용될 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자는 본 명세서에 교시되고 설명된 실시예들을 연마 재료, 특히 롤 형태의 연마 재료를 이용하는 다른 제조사들에 의해 제조된 다른 화학적 기계적 연마기들 상에서 이용되도록 유리하게 적응시킬 수 있다.
연마 모듈(106)은 로딩 로봇(104), 제어기(108), 이송 스테이션(136), 플래튼 어셈블리들(132)과 같은 복수의 처리 또는 연마 스테이션, 베이스(140), 및 복수의 연마 또는 캐리어 헤드(152)(도 1에는 1개만이 도시되어 있음)를 지지하는 캐러셀(134)을 일반적으로 포함한다. 일반적으로, 로딩 로봇(104)은 팩토리 인터페이스(102)(도시되지 않음)와 연마 모듈(106)에 근접하게 배치되어, 팩토리 인터페이스와 연마 모듈 사이에서의 기판(122)의 이송을 용이하게 한다.
이송 스테이션(136)은 이송 로봇(146), 입력 버퍼(142), 출력 버퍼(144), 및 로드 컵 어셈블리(148)를 일반적으로 포함한다. 입력 버퍼 스테이션(142)은 로딩 로봇(104)으로부터 기판(122)을 수용한다. 이송 로봇(146)은 기판(122)을 입력 버퍼 스테이션(142)으로부터, 그리고 로드 컵 어셈블리(148)에 이동시키고, 거기에서 기판은 캐리어 헤드(152)에 이송될 수 있다.
위에서 설명된 바와 같은 연마 모듈(106)의 제어를 용이하게 하기 위해, 제어기(108)는 중앙 처리 유닛(CPU)(110), 지원 회로들(114), 및 메모리(112)를 포함한다. CPU(110)는 다양한 연마기들, 드라이브들, 로봇들, 및 서브-프로세서들을 제어하기 위해 산업용 세팅에서 이용될 수 있는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서 중 하나일 수 있다. 메모리(112)는 CPU(110)에 결합된다. 메모리(112) 또는 컴퓨터 판독가능한 매체는 랜덤 액세스 메모리(RAM), 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소와 같은 쉽게 이용가능한 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 지원 회로들(114)은 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU(110)에 결합된다. 이러한 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클록 회로들, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함한다.
일반적으로, 캐러셀(134)은 캐리어 헤드들(152) 중 하나를 각각 지지하는 복수의 암(150)을 갖는다. 도 1에 도시된 암들(150) 중 2개는 플래튼 어셈블리들(132) 중 하나에 배치된 평탄화 또는 연마 제품(123) 및 이송 스테이션이 보일 수 있도록 팬텀으로 보여져 있다. 캐러셀(134)은 캐리어 헤드들(152)이 플래튼 어셈블리들(132)과 이송 스테이션(136) 사이에서 이동될 수 있도록 인덱스화가능하다(indexable).
전형적으로, 화학적 기계적 연마 프로세스는 캐리어 헤드(152) 내에 보유된 기판(122)을 플래튼 어셈블리(132) 상에 지지된 연마 제품(123)에 대하여 이동시킴으로써, 각각의 플래튼 어셈블리(132)에서 수행될 수 있다. 연마 제품(123)은 평활한 표면(smooth surface), 텍스쳐화된 표면(textured surface), 연마재(abrasives)를 함유하는 표면, 또는 그들의 조합을 가질 수 있다. 추가로, 연마 제품(123)은 연마 표면에 걸쳐서 전진되거나(advanced) 연마 표면에 방출가능하게 고정된다(releasably fixed). 전형적으로, 연마 제품(123)은 진공에 의해, 기계적 클램프들에 의해, 또는 다른 유지 방법들에 의해, 플래튼 어셈블리(132)에 방출가능하게 고정된다.
연마 제품(123)의 실시예들은 본 명세서에 설명된 실시예들에 따른 3차원(3D) 프린팅 프로세스에 의해 생성된 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 연마 제품(123)은 나노 사이즈 피쳐들(예를 들어, 약 10 나노미터 내지 약 200 나노미터의 크기를 갖는 폴리머 매트릭스 내의 입자들 및/또는 불연속 영역들 또는 도메인들)을 포함할 수 있다. 연마 프로세스는 기판(122)을 연마하는 데에 도움을 주기 위해 유체 노즐들(154)에 의해 패드 표면에 전달되는 연마재 입자들을 포함하는 슬러리를 이용할 수 있다. 유체 노즐들(154)은 도시된 바와 같이 플래튼 어셈블리들(132)이 없는 위치에 도시된 방향으로, 플래튼 어셈블리들(132) 각각의 위의 위치까지 회전될 수 있다.
본 명세서에 설명된 것과 같은 3D 프린팅은 다른 3D 퇴적 또는 인쇄 프린팅 프로세스들 중에서도, 폴리젯 퇴적(polyjet deposition), 잉크젯 프린팅(inkjet printing), 퓨즈드 퇴적 모델링(fused deposition modeling), 바인더 젯팅(binder jetting), 파우더 베드 퓨전(powder bed fusion), 선택적 레이저 소결(selective laser sintering), 스테레오리소그래피(stereolithography), 배트 포토폴리머화 디지털 광 처리(vat photopolymerization digital light processing), 시트 라미네이션(sheet lamination), 지향성 에너지 퇴적(directed energy deposition)을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다.
도 2는 플래튼(230)에 걸친 연마 제품(123)의 위치를 도시하는, 플래튼 어셈블리(132), 및 예시적인 공급 어셈블리(206) 및 테이크업 어셈블리(208)의 측면도를 도시한다. 일반적으로, 공급 어셈블리(206)는 플래튼 어셈블리(132)의 측벽(218) 사이에 배치된 공급 롤(254), 상부 가이드 부재(204), 및 하부 가이드 부재(205)를 포함한다. 연마 제품(123)은 튜브형 부재(tubular member) 또는 다월(dowel)일 수 있는 로드(rod)(255) 주위에 감겨질 수 있다. 일반적으로, 테이크업 어셈블리(208)는 측벽들(218) 사이에 모두 배치된 테이크업 롤(252), 상부 가이드 부재(214), 및 하부 가이드 부재(216)를 포함한다. 테이크업 롤(252)은 연마 제품(123)의 사용된 부분을 일반적으로 포함하고, 테이크업 롤(252)이 사용된 연마 제품(123)으로 채워지고 나면 빈 테이크업 롤로 쉽게 교체될 수 있도록 구성된다. 상부 가이드 부재(214)는 연마 제품(123)을 플래튼(230)으로부터 하부 가이드 부재(216)로 안내하도록 위치된다. 하부 가이드 부재(216)는 연마 제품(123)을 테이크업 롤(252) 상으로 안내한다. 플래튼 어셈블리(132)는 또한 기판에 대해 수행된 평탄화 또는 연마 프로세스에 대한 종료점을 검출하기 위한 광학 신호들을 전송 및 수신하도록 적응된 광학 감지 디바이스(220), 예컨대 레이저를 포함할 수 있다.
공급 롤(254)은 연마 제품(123)의 사용되지 않은 부분을 일반적으로 포함하고, 공급 롤(254) 상에 배치된 연마 제품(123)이 연마 또는 평탄화 프로세스에 의해 소비되고 나면, 새로운 연마 제품(123)을 포함하는 다른 공급 롤(254)로 쉽게 교체될 수 있도록 구성된다. 일부 실시예들에서, 에너지 소스(212)는 공급 롤(254)과 테이크업 롤(252) 사이에 배치된 연마 제품(123)의 상부 표면(221)을 향해 전자기 에너지(215)를 인가하도록 위치될 수 있다. 전자기 에너지(215)는 에너지의 빔 또는 플러드(flood)의 형태일 수 있고, 연마 제품(123)의 상부 표면(221)의 불연속 영역들과 선택적으로 상호작용(즉, 절제 및/또는 가열)하기 위해 이용될 수 있다. 전자기 에너지(215)는 전자 빔 또는 빔들, 레이저 빔 또는 빔들, 및 그들의 조합일 수 있다. 전자기 에너지(215)는 연마 프로세스 전에, 연마 프로세스 동안, 또는 연마 프로세스 후에, 연마 제품(123)의 상부 표면(221)을 컨디셔닝하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자기 에너지(215)는 연마 프로세스를 조정하기 위하여 연마 동안 연마 제품(123)의 상부 표면(221)을 컨디셔닝하기 위해 이용된다.
일반적으로, 연마 제품(123)의 상부 표면(221)은 연마 제품(123)을 백킹 패드 어셈블리(backing pad assembly)(226)에 걸쳐 X 방향으로 제어가능하게 전진시키도록 구성된다. 일반적으로, 연마 제품(123)은 공급 어셈블리(206)에 결합된 모터(222)와 테이크업 어셈블리(208)에 결합된 모터(224) 사이에서 힘들의 균형을 맞춤으로써 플래튼(230)에 관련하여 이동된다. 연마 제품(123)을 백킹 패드 어셈블리(226)에 대해 고정하기 위해, 래칫 메커니즘들(ratchet mechanisms) 및/또는 브레이킹 시스템들(도시되지 않음)이 공급 어셈블리(206) 및 테이크업 어셈블리(208) 중 하나 또는 둘 다에 결합될 수 있다. 플래튼(230)은 X 및/또는 Y 방향에 대체로 직교하는 회전 축에 대하여 플래튼 어셈블리(132)를 회전시키는 회전자 액츄에이터(228)에 동작가능하게 결합될 수 있다(operably coupled). 진공 시스템(232)은 액츄에이터(228)와 백킹 패드 어셈블리(226) 사이에 결합될 수 있다. 진공 시스템(232)은 연마 제품(123)의 위치를 플래튼(230) 상에 고정시키기 위해 이용될 수 있다. 진공 시스템(232)은 백킹 패드 어셈블리(226) 아래에 배치된 플레이트(236) 내에 형성된 채널들(234)을 포함할 수 있다. 백킹 패드 어셈블리(226)는 서브패드(238) 및 서브플레이트(240)를 포함할 수 있고, 그러한 서브패드 및 서브플레이트 각각을 관통하여, 채널들(234) 및 진공 소스(244)와 유체 소통하는 개구들(242)이 형성된다. 서브패드(238)는 전형적으로 플라스틱, 예컨대 폴리카보네이트 또는 기포 폴리우레탄(foamed polyurethane)이다. 일반적으로, 서브패드(238)의 경도(hardness) 또는 듀로미터(durometer)는 특정한 연마 결과를 생성하도록 선택될 수 있다. 일반적으로, 서브패드(238)는 기판의 전역적 평탄화를 촉진하기 위해, 연마 제품(123)의 상부 표면(221)을 기판(도시되지 않음)의 평면에 평행한 평면으로 유지한다. 서브패드(238)의 상부 표면이 플래튼(230)의 최상부면(260)에 대체로 평행하게 유지되도록, 서브플레이트(240)는 서브패드(238)와 플래튼(230)의 최하부면 사이에 위치된다.
도 3a는 도 2의 플래튼 어셈블리(132) 상에서 이용될 수 있는 연마 제품(123)을 준비하기 위한 패드 제조 시스템(300A)의 일 실시예의 개략적 등축도이다. 일 실시예에서, 패드 제조 시스템(300A)은 피드 섹션(302), 프린트 섹션(304), 경화 섹션(306), 및 패드 와인드업 섹션(308)을 일반적으로 포함한다. 패드 제조 시스템(300A)은 또한 적어도 2개의 롤러(314) 사이에 배치된 웹(312)을 포함하는 컨베이어(310)를 포함한다. 롤러들(314) 중 하나 또는 둘 다는 롤러들(314) 및/또는 웹(312)을 A로 표시된 화살표에 의해 도시된 방향으로 회전시키는 드라이브 모터(315)에 결합될 수 있다. 피드 섹션(302), 프린트 섹션(304), 경화 섹션(306), 및 패드 와인드업 섹션(308)은 제어기(311)에 동작가능하게 결합될 수 있다. 컨베이어(310)는 제어기(311)에 의해 연속적으로 또는 단속적으로(intermittently) 이동하도록 작동될 수 있다.
피드 섹션(302)은 컨베이어(310)에 동작가능하게 결합된 공급 롤(316)을 포함할 수 있다. 공급 롤(316)은 백킹 재료(317), 예컨대 폴리머 재료, 예를 들어 BoPET(biaxially-oriented polyethylene terephthalate) 재료일 수 있다. 공급 롤(316)은 모션 제어 디바이스(320)에 의해 구동 또는 제어되는 피드 롤러(318) 상에 배치될 수 있다. 모션 제어 디바이스(320)는 공급 롤(316)의 언와인딩 속도(unwinding speed)가 드라이브 모터(315) 및/또는 웹(312)에 의해 구동되도록 공급 롤(316) 상에 미리 결정된 장력을 제공하는 브레이크 시스템을 포함하고/하거나 모터일 수 있다. 피드 섹션(302)은 또한 사전처리 디바이스(pretreatment device)(322)를 포함할 수 있다. 사전처리 디바이스(322)는 프린트 섹션(304)에서의 프린팅 이전에 백킹 재료(317) 상에 코팅을 스프레이하거나 다르게 제공하도록 구성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 사전처리 디바이스(322)는 프린트 섹션(304)에서의 프린팅 이전에 백킹 재료(317)를 가열하기 위해 이용될 수 있다.
프린트 섹션(304)은 피드 섹션(302)의 다운스트림에 배치된 3D 프린팅 스테이션(324)을 포함한다. 프린트 섹션(304)은 백킹 재료(317) 상에 패터닝된 표면(328)을 제공하기 위해 하나 이상의 프린트 헤드(327)를 이용한다. 프린트 섹션(304)은 백킹 재료(317) 및 웹(312)에 대해 프린트 헤드들(327)을 이동시키기 위해 이용될 수 있는 모션 제어 디바이스(332)에 결합되는 이동가능한 플랫폼(330)을 포함할 수 있다.
프린트 헤드들(327)은 패터닝된 표면(328)을 형성하기 위해 이용될 수 있는 프린트 재료들을 갖는 재료 소스(325)에 결합될 수 있다. 프린트 재료들은 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 플루오로폴리머, PTFE, PTFA, 폴리페닐린 설파이드(PPS: polyphenylene sulfide), 또는 그들의 조합과 같은 폴리머 재료들을 포함할 수 있다. 예들은 또한 폴리비닐 알코올, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 하이드로프로필메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 하이드록시프로필셀룰로오스, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴라이트, 녹말, 말레산 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 및 그들의 조합을 포함한다.
일 실시예에서, 폴리머 재료는 백킹 재료(317) 상에 베이스 재료로서 퇴적될 수 있다. 형성되는 폴리머 재료는 개방 기공(open-pored) 또는 폐쇄 기공(closed-pored) 폴리우레탄 재료를 포함할 수 있고, 그 사이에 산재된 나노스케일 입자들을 포함할 수 있다. 입자들은 유기 나노입자들을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 나노입자들은 분자 또는 원소 링들 및/또는 나노구조물들을 포함할 수 있다. 예시들은 카본 나노튜브 및 다른 구조물들, 5 결합(오각형), 6 결합(육각형), 또는 6 초과 결합을 갖는 분자 탄소 링들과 같은 탄소(C)의 동소체들(allotropes)을 포함한다. 다른 예들은 풀러린 유사 초분자들(fullerene-like supramolecules)을 포함한다. 다른 실시예에서, 나노스케일 입자들은 세라믹 재료, 알루미나, 유리[예를 들어, 실리콘 이산화물(SiO2)], 및 그들의 조합들 또는 유도체들일 수 있다. 다른 실시예에서, 나노스케일 입자들은 다른 산화물들 중에서도, 티타늄(IV) 산화물 또는 티타늄 이산화물(TiO2), 지르코늄(IV) 산화물 또는 지르코늄 이산화물(ZrO2), 그들의 조합들 및 그들의 유도체들과 같은 금속 산화물들을 포함할 수 있다.
프린트 헤드들(327)에 의해 형성되는 패터닝된 표면(328)은 우레탄, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리비닐 아세테이트, 불화계 탄화수소 및 그와 유사한 것, 및 이들의 혼합물들, 코폴리머들 및 그래프트들(grafts)로 형성될 수 있는 폴리머 매트릭스와 같은 복합 베이스 재료(composite base material)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 폴리머 매트릭스는 폴리에테르계 액체 우레탄으로부터 형성될 수 이는 우레탄 폴리머를 포함한다. 액체 우레탄은, 경화될 때 요소 결합들(urea links) 및 교차결합된 폴리머 네트워크를 형성하는 우레탄/요소 교차결합 합성물들 내의 하이드록실/아민과 같은, 다가(polyfunctional) 아민, 디아민, 트리아민 또는 다가 하이드록실 혼합물 또는 혼합된 작용성 혼합물들과 반응할 수 있다.
경화 섹션(306)은 하우징(334) 내에 또는 하우징 상에 배치될 수 있는 경화 디바이스(333)를 포함한다. 하우징(334)은 웹(312) 위에 배치되고, 그에 의해, 백킹 재료(317) 상의 웹(312) 및 패터닝된 표면(328)은 그 아래를 지나갈 수 있게 된다. 경화 디바이스(333)는 열 오븐(thermal oven), 자외선(UV) 발광기, 또는 그들의 조합들일 수 있다. 일 실시예에서, 경화 디바이스(333)는 패터닝된 표면(328)을 형성하는 프린트 헤드들(327)에 의해 퇴적된 재료를 경화하기 위해 이용될 수 있는 레이저 소스(336) 및 전자 빔 방출기(338) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 전자 빔 방출기가 이용될 때, 패드 제조 시스템(300A)은 압력이 제어될 수 있는 인클로저 내에 위치될 수 있다. 레이저 소스(336) 및 전자 빔 방출기(338)는 열 또는 UV 에너지와 함께, 또는 단독으로 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이저 소스(336) 및 전자 빔 방출기(338)는 패터닝된 표면(328)의 특정 부분들이 타겟팅되는 스폿 경화 프로세스에서 이용될 수 있다. 레이저 소스(336) 또는 전자 빔 방출기(338)에 의한 스폿 타겟팅은 패터닝된 표면(328)의 불연속 영역들(discrete regions)을 가열하여, 주변 부분들보다 더 단단하거나 덜 압축가능할 수 있는 불연속 영역들의 표면을 생성할 수 있다. 또한, 레이저 소스(336)는 패터닝된 표면(328)의 부분들을 절제하여 그 위에 고운 텍스쳐(fine texture)를 생성하기 위해 이용될 수 있다.
패드 와인드업 섹션(pad wind-up section)(308)은 연마 제품(123)이 감겨질 수 있는 테이크업 롤(340)을 포함한다. 테이크업 롤(340)은 패드 제조 시스템(300A)으로부터 제거되어 도 2의 플래튼 어셈블리(132) 내에서 공급 롤(254)로서 이용될 수 있다. 제조 동안, 테이크업 롤(340)은 모션 제어 디바이스(342)에 결합될 수 있다. 모션 제어 디바이스(342)는 테이크업 롤(340)의 와인딩 속도(winding speed)를 제어하는 브레이크 시스템을 포함하고/하거나 모터일 수 있다.
도 3b는 패드 제조 시스템(300B)의 다른 실시예의 개략적 측면도이다. 패드 제조 시스템(300B)은 도 3a의 패드 제조 시스템(300A)과 유사할 수 있는 피드 섹션(302), 프린트 섹션(304), 경화 섹션(306), 및 패드 와인드업 섹션(308)을 갖는 컨베이어(310)를 포함한다. 그러나, 패드 제조 시스템(300B)은 컨베이어(310)에 걸쳐 테이크업 롤(340)까지 이동하는 웹(312)을 제어가능하게 언와인딩하는 공급 롤(316)을 포함한다. 웹(312)은 도 3a에 설명된 백킹 재료(317)와 유사한 백킹 재료일 수 있다. 컨베이어(310) 및 테이크업 롤(340)뿐만 아니라, 웹(312)의 모션은 도 3a에 설명된 패드 제조 시스템(300A)과 유사한 모션 제어 디바이스들 및 제어기에 의해 제어될 수 있고, 간략함을 위하여 도 3b에서는 그 설명이 생략된다.
패드 제조 시스템(300B)은 피드 섹션(302)과 프린트 섹션(304) 사이에 위치된 선택적인 사전처리 섹션(344)을 포함한다. 사전처리 섹션(344)은 웹(312) 상에 접착(adhesive) 또는 방출(release) 층을 형성하기 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 접착 또는 방출 층은 3D 프린팅 스테이션(324)을 이용하여 프린트 섹션(304)에서 형성될 수 있다. 사전처리 섹션(344)이 이용될 때, 웹(312) 상에 층 또는 층들을 퇴적하기 위해, 슬롯/다이 코팅기(slot/die coater)(346)가 이용될 수 있다. 추가로, UV 광 또는 가열 요소들을 이용하는 경화 스테이션(348)은 슬롯/다이 코팅기(346)에 의해 퇴적된 재료를 경화하기 위해 이용될 수 있다.
본 실시예에서, 3D 프린팅 스테이션(324)은 프린트 헤드들(327)의 어레이를 포함한다. 프린트 헤드들(327)은 웹(312) 상에 패터닝된 표면(328)을 형성할 뿐만 아니라, 웹(312) 상에 접착 또는 방출 층을 선택적으로 형성하기 위해 이용될 수 있다. 일례에서, 프린트 헤드들(327)의 복수의 행 및 열은 컨베이어(310)의 폭 및 컨베이어(310)의 길이의 일부분에 걸쳐 있을 수 있다. 일부 실시예들에서, 프린트 헤드들(327) 중 하나 이상은 컨베이어(310)에 대해 이동가능할 수 있다. 프린트 헤드들(327)은 도 3a에 설명된 바와 같이 재료 소스(325)에 결합될 것이다.
경화 섹션(306)은 선택적인 전자기 에너지 소스(350) 및 열 경화 디바이스(352) 중 하나 또는 둘 다를 포함할 수 있다. 전자기 에너지 소스(350)는 도 3a에 설명된 것과 같은 레이저 소스 또는 전자 빔 방출기 중 하나 또는 그들의 조합일 수 있다. 열 경화 디바이스(352)는 오븐 또는 UV 광 어레이일 수 있다.
패드 와인드업 섹션(308)은 연마 제품(123)이 감겨질 수 있는 테이크업 롤(340)을 포함한다. 테이크업 롤(340)은 패드 제조 시스템(300A)으로부터 제거되어 도 2의 플래튼 어셈블리(132) 내에서 공급 롤(254)로서 이용될 수 있다.
도 4a는 도 3a의 패드 제조 시스템(300A) 또는 도 3b의 패드 제조 시스템(300B) 내에서 이용될 수 있는 3D 프린팅 스테이션(324)의 일 실시예의 개략적 단면도이다. 도 4a는 3D 프린팅 프로세스를 이용하여 제조되는 연마 제품(123)의 일 실시예의 일부분을 도시한다. 3D 프린팅은 연마 층 내의 특정 위치들에 매립된 연마재들을 갖는 연마 제품들을 생성하기 위한 편리하고 고도로 제어가능한 프로세스를 제공한다. 연마 제품(123)은 지지체(400) 상에 프린팅될 수 있고, 지지체는 도 3a의 백킹 재료(317) 또는 도 3b의 웹(312)일 수 있다.
도 4a를 참조하면, 적어도, 연마 제품(123)의 연마 층(405)은 3D 프린팅 프로세스를 이용하여 제조된다. 제조 프로세스에서, 지지체가 A에 의해 나타난 화살표를 따라(X 방향으로) 이동되는 동안, 얇은 재료 층들이 지지체(400) 상에 점진적으로 퇴적 및 용융된다. 예를 들어, [도 3a의 재료 소스(325)로부터의] 패드 프리커서 재료의 액적들(droplets)(410)이 액적 방출 프린터(415)의 노즐(326)로부터 방출되어 복수의 층(420A, 420B 및 422)을 형성할 수 있다. 층들은 다른 층들의 순차적 퇴적을 가능하게 하는 패드 프리커서 재료를 포함하는 고체화된 재료(425)를 형성할 수 있다. 액적 방출 프린터(415)는 잉크젯 프린터와 유사할 수 있지만, 잉크가 아닌 패드 프리커서 재료를 이용한다. 제조 동안 지지체(400)가 X 방향으로 연속적으로 또는 단속적으로 이동되는 동안, 노즐(326)은 X 및 Y 방향 중 하나 또는 둘 다로 병진될 수 있다.
일례에서, 제1 층(420A)은 지지체(400) 상으로 액적들(410)을 방출함으로써 퇴적될 수 있다. 층들(420B 및 422)(간단히 하기 위해, 그들 사이의 다른 층들은 호명되지 않음)과 같은 후속 층들은 고체화 후에 제1 층(420A) 상에 퇴적될 수 있다. 각각의 층이 고체화된 후, 다음으로, 완전한 3차원 연마 층(405)이 제조될 때까지, 새로운 층이 이전에 퇴적된 층 위에 퇴적된다. 고체화는 폴리머화에 의해 달성될 수 있다. 예를 들어, 패드 프리커서 재료의 층들은 모노머일 수 있고, 모노머는 UV 경화에 의해 또는 열적으로 인-시튜 폴리머화될 수 있다. 패드 프리커서 재료는 실질적으로 퇴적 직후에 경화될 수 있고, 또는 패드 프리커서 재료의 전체 층이 퇴적될 수 있고, 다음으로 그 층이 동시에 경화될 수 있다.
각각의 층은 제어기(311) 상에 제공된 3D 드로잉 컴퓨터 프로그램에 저장된 패턴으로 노즐(326)에 의해 도포될 수 있다. 각각의 층(420A, 420B, 및 422)은 연마 층(405)의 전체 두께보다 작거나 50%보다 작을 수 있다. 일례에서, 각각의 층(420A, 420B 및 422)은 연마 층(405)의 전체 두께의 10% 미만, 예를 들어 5% 미만, 예컨대 연마 층(405)의 전체 두께의 약 1% 미만일 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 층의 두께는 약 30 마이크로미터 내지 약 60 마이크로미터 이하, 예컨대 약 몇 나노미터 정도(예를 들어, 1 내지 100 나노미터)의 두께, 심지어는 피코스케일 치수들[예를 들어, 피코스케일(10-12 미터)]의 두께를 포함할 수 있다.
지지체(400)는 강체 베이스(rigid base), 또는 가요성 필름, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE: polytetrafluoroethylene)의 층일 수 있다. 지지체(400)가 필름인 경우, 지지체(400)는 연마 제품(123)의 일부분을 형성할 수 있다. 예를 들어, 지지체(400)는 백킹 재료(317), 또는 백킹 재료(317)와 연마 층(405) 사이의 층일 수 있다. 대안적으로, 연마 층(405)은 지지체(400)로부터 제거될 수 있고, 층들(420A 및 420B)이 백킹 층 재료를 형성할 수 있다.
일부 실시예들에서, 연마재 입자들은 패드 프리커서 재료의 액적들(410) 내에 분산될 수 있다. 연마재 입자들은 층들 각각의 형성 동안 연마 층(405) 내에 국소적으로 디스펜스될 수 있다. 연마재 입자들의 국소적 디스펜스는 응집(agglomeration)의 최소화에 도움을 줄 수 있다. 일부 실시예들에서, 연마재 입자들은 액체 서모셋 폴리머 프리커서와 미리 혼합될 수 있다. 서모셋 폴리머 프리커서와 연마재 입자들의 혼합물의 연속적인 교반(agitation)은 잉크 젯 프린터들에서 이용되는 잉크 피그먼트들을 균질화하기 위해 이용되는 장치와 마찬가지로, 입자들의 응집을 방지한다. 추가로, 혼합물의 연속적인 교반은 프리커서 재료 내에서의 연마재 입자들의 상당히 균일한 분포를 보장한다. 이것은 연마 층을 통한 입자들의 더 균일한 분포를 야기할 수 있고, 이것은 개선된 연마 균일성을 유발할 수 있고, 또한 응집의 방지를 도울 수 있다.
미리 혼합된 혼합물은 특정 패턴에 따라 단일 노즐[예를 들어, 노즐(326)]로부터 디스펜스될 수 있다. 예를 들어, 미리 혼합된 혼합물은 연마 층(405)의 두께 전체에서 매립된 연마재 입자들의 균일한 분포를 갖는 균질한 연마 층(405)을 만들어내기 위해 균일하게 디스펜스될 수 있다.
도 4b는 도 3a의 패드 제조 시스템(300A) 또는 도 3b의 패드 제조 시스템(300B) 내에서 이용될 수 있는 3D 프린팅 스테이션(324)의 일 실시예의 개략적 단면도이다. 도 4b에는, 3D 프린팅 프로세스를 이용하여 제조되는 연마 제품(123)의 다른 실시예의 일부분의 단면도가 도시되어 있다. 연마 제품(123)은 CAD 프로그램으로부터의 명령어들에 기초하여 홈들(455)에 의해 분리되는 복수의 구조물(450)을 포함하도록 액적 방출 프린터(415)에 의해 형성된다. 구조물들(450) 및 홈들(455)은 연마 층(405)을 형성할 수 있다. 또한, 서브 층(430)은 액적 방출 프린터(415)에 의해 연마 제품(123)과 함께 형성될 수 있다. 서브 층(430)은 백킹 재료(317)(도 3a에 도시됨)일 수 있다. 예를 들어, 서브 층(430) 및 연마 층(405)은 액적 방출 프린터(415)에 의해, 중단없는 동작으로 제조될 수 있다. 서브 층(430)은 상이한 프리커서 및/또는 상이한 양의 경화, 예를 들어 상이한 강도 또는 지속시간의 UV 복사를 이용하여, 연마 층(405)과는 다른 경도를 제공받을 수 있다. 다른 실시예들에서, 서브 층(430)은 종래의 프로세스에 의해 제조되고, 다음으로 연마 층(405)에 고정된다. 예를 들어, 연마 층(405)은 압력 감지 접착제(pressure sensitive adhesive)와 같은 얇은 접착 층에 의해 서브 층(430)에 고정될 수 있다.
도 4b에서, 노즐(435)을 갖는 프린트헤드(430A)는 순수한 액체 써모셋 폴리머 프리커서를 디스펜스하기 위해 이용될 수 있는 한편, 노즐(435)을 갖는 프린트헤드(430B)는 액체 써모셋 폴리머 프리커서, 또는 연마재 입자들(445)이 함유된 용융된 열가소성 수지를 위해 이용될 수 있다. 연마재 입자들(445)은 연마 제품(123) 상의 선택된 위치들에만 디스펜스될 수 있다. 이러한 선택된 위치들은 연마재 입자들의 원하는 프린팅 패턴을 집합적으로 형성하고, 다음으로 액적 방출 프린터(415)를 제어하는 전자적 제어기[예를 들어, 제어기(311)]에 의해 판독되는 CAD 호환가능한 파일로서 저장될 수 있다. 다음으로, 전자 제어 신호들은 노즐(435)이 CAD 호환가능한 파일에 의해 규정되는 위치로 병진될 때만 미리 혼합된 혼합물을 디스펜스하도록 액적 방출 프린터(415)에 송신된다. 입자들(445)의 예는 포로젠들(porogens), 예컨대 폴리에틸렌 글리콜(PEG), 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 속이 빈 입자들/미세 구체(hollow particles/microspheres)(약 5nm 내지 약 50㎛ 크기), 예를 들어 젤라틴, 키토산, Si3N4, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate : PMMA), 다공성 나노입자(mesoporous nanoparticles), 카르복실 메틸 셀룰로오스(CMC), 거대기공성 하이드로젤(macroporous hydrogels) 및 에멀젼 미세 구체(emulsion microspheres)를 포함할 수 있다. 대안적으로, 리칭 기술(leeching technique)은 코-포로젠(co-porogens)으로서의 소금 미립자(NaCl) 및 PEG의 조합에 의해 이용될 수 있다.
대안적으로, 액체 써모셋 폴리머 프리커서를 이용하는 것을 대신하여, 연마재 입자들(445)이 용융된 열가소성 수지와 미리 혼합될 수 있다. 본 실시예에서, 연마재 입자들(445)과의 혼합물은 또한 디스펜스되기 전에 연속적으로 교반된다. 혼합물이 원하는 프린팅 패턴에 따라 액적 방출 프린터(415)로부터 디스펜스된 후에, 혼합물의 용융된 부분이 냉각되고 고체화되며, 연마재 입자들(445)은 제자리에 록킹된다. 혼합물의 연속적인 교반은 프리커서 재료 내에서의 연마재 입자들(445)의 상당히 균일한 분포를 보장한다. 이것은 연마 층을 통한 입자들(445)의 더 균일한 분포를 야기할 수 있고, 이것은 개선된 연마 균일성을 유발할 수 있고, 또한 응집을 최소화할 수 있다.
액정 서모셋 폴리머 프리커서가 이용될 때의 경우와 마찬가지로, 전체 연마 층(405)에 걸쳐 연마재 입자들(445)의 균일한 분포를 만들어내기 위해, 열가소성 혼합물이 균일하게 디스펜스될 수 있다. 대안적으로, 연마재 입자들을 함유하는 열가소성 혼합물은 연마재 입자들(445)의 원하는 프린팅 패턴에 따라 연마 층(405)의 선택된 위치들에만 디스펜스될 수 있고, 그러한 프린팅 패턴은 CAD 호환가능한 파일로서 저장되고 액적 방출 프린터(415)를 구동하기 위해 이용되는 전자 제어기에 의해 판독된다.
프린트헤드(430B)에 결합된 노즐(435)로부터 현탁액(suspension) 내의 연마재 입자들을 디스펜스하기 보다는, 연마재 입자들은 프린트헤드(430B)의 노즐(435)로부터 파우더 형태로 직접 디스펜스될 수 있는 한편, 프린트헤드(430A)의 노즐(435)은 패드 폴리머 프리커서를 디스펜스하기 위해 이용된다. 일 실시예에서, 연마재 입자들(445)이 퇴적된 폴리머 재료 내에 디스펜스되기 전에 폴리머 프리커서가 디스펜스되고, 다음으로 그 혼합물이 경화된다.
3D 프린팅은 종래의 방식으로 구성된 연마 제품들 내에 존재할 때 응집하기 쉬운 연마재 입자들(445), 예를 들어 알루미나, 세리아 등을 이용하여 연마 제품들(123)을 구성하는 데에 특히 유용하지만, 3D 프린팅은 다른 연마 제품들을 디스펜스하여 연마 제품들(123)과 통합하는 데에도 이용될 수 있다. 따라서, 연마 제품들(123) 내에 통합되는 연마재 입자들은 실리카, 세라믹 산화물들, 금속들, 및 경성 폴리머들(hard polymers)을 포함할 수 있다.
액적 방출 프린터(415)는 고체인 입자들(445), 또는 속이 빈 코어(hollow core)를 갖는 입자들(445) 중 어느 하나를 퇴적할 수 있다. 액적 방출 프린터(415)는 또한 상이한 유형들의 입자들을 디스펜스할 수 있고, 그러한 입자들 중 일부는 연마 중인 기판과의 화학 반응들뿐만 아니라, CMP 처리 동안 연마 제품(123)의 층 또는 층들 상에서의 원하는 변화를 만들어내기 위한 화학 반응들을 거칠 수 있다. 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 이용된다. 과산화수소를 수반하는 산화 반응들도 CMP 처리에서 이용되는 화학 반응들의 예이다. 연마재 입자들(445)은 또한 기계적 연마 기능을 제공하기 위해 이용될 수 있다. 입자들(445)은 1 밀리미터 이하, 예컨대 10 마이크로미터 이하, 예를 들어 1 마이크로미터 이하까지의 크기를 가질 수 있다. 입자들(445)은 상이한 형태학(morphology)을 가질 수 있고, 예를 들어, 입자들(445)은 원형이거나, 길쭉하거나, 패시트형(faceted)일 수 있다.
3D 프린팅 접근법은 레이어-바이-레이어 프린팅 접근법으로 인해, 연마 층(405)의 패턴들 내에서 엄격한 허용오차들(tight tolerances)을 허용하고, 연마 층(405) 내에 매립되는 연마재 입자들(445)의 분포에서 높은 허용오차들을 허용한다.
연마 제품들
도 5a 및 도 5b는 도 2의 플래튼 어셈블리(132) 상에서 이용될 수 있는 연마 제품(500)의 일 실시예를 도시한다. 연마 제품(500)의 연마 표면(505)은 도 3a 및 도 3b의 패터닝된 표면(328)을 형성하는 복수의 스트립 또는 타일(532)을 포함한다. 타일들(532)은 연마 재료(570) 내에, 또는 연마 재료를 통해 형성된 홈들(530)에 의해 분리된다. 연마 재료(570)는 백킹 재료(522)와 같은 캐리어 필름에 부착될 수 있다. 일 실시예에서, 적어도 연마 표면(505)은 도 3a 내지 도 4b에 설명된 것과 같은 3D 프린팅 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 연마 표면(505)은 CMP 프로세스들에서 이용되는 화학적 및 물리적 요소들에 대한 저항성을 갖도록 선택되는 적절한 접착제(319)에 의해 백킹 재료(522)에 바인딩될 수 있다. 일부 실시예들에서, 백킹 재료(522) 및 접착제(319) 중 하나 또는 둘 다는 도 3a - 도 4b에 설명된 것과 같은 3D 프린팅 프로세스에 의해 제조될 수 있다.
복수의 타일(532) 각각은 연마 재료(570) 내의 홈들(530)을 연마 재료(570)의 두께보다 작은 깊이까지 형성함으로써 다른 타일(532)에 연결될 수 있다. 홈들(530)의 깊이는 연마 재료(570) 내의 무결성(integrity)을 유지하면서 연마 재료의 가요성을 허용하도록 선택될 수 있다. 도 5a 및 도 5b에 도시된 실시예에서, 홈들(530) 및 타일들(532)은 머신 횡단 방향(cross-machine direction)에 실질적으로 평행하고, 즉 공급 및 테이크업 롤 방향을 가로지른다. 홈들(530)은 슬러리 보유 및 기판 표면에의 전달을 증강시킬 수 있는 채널들을 형성한다. 또한, 홈들(530)은 연마 재료(570)의 표면 장력을 파괴하기 위해 이용될 수 있고, 이것은 연마 제품(500)을 공급 롤로부터 풀어내고 테이크업 롤에 감는 것을 용이하게 하는 유연성을 추가할 수 있다.
도 5a에 도시된 실시예에서, 타일들(532)은 실질적으로 직사각형이고, 실질적으로 백킹 재료(522)의 머신 횡단 폭의 길이이다. 2개의 실질적으로 직사각형인 타일(532)이 백킹 재료(522)의 머신 횡단 폭의 실질적으로 절반인 길이로 형성되는 것과 같은 다른 실시예들이 예상된다. 일 실시예에서, 타일들(532)은 연마 제품(500)이 광 또는 전자기 복사 투과성 부분(536)을 갖고서 제조되도록 형성될 수 있다. 투과성 부분(536)은 연마 제품(500)의 (머신 방향으로의) 길이를 따라 형성될 수 있다. 종료점 검출을 용이하게 하기 위해, 광학 감지 디바이스(220)(도 2에 도시됨)에 의해 방출되는 광 또는 전자기 복사에 대해 또한 투과성인 백킹 재료(522)가 이용될 수 있다. 타일들(532)의 폭, 즉 길이에 실질적으로 수직한 치수는 임의의 치수로 형성될 수 있다. 일례로서, 타일들(532)은 약 1 인치 이하의 폭을 가질 수 있다.
일부 실시예들에서, 연마 재료(570)는 제2 재료(520) 내에 배치된 제1 재료(515)와 같은 복합 재료(composite material)를 포함한다. 일 실시예에서, 제2 재료(520)는 폴리머 매트릭스일 수 있고, 제1 재료(515)는 제1 재료(515) 내에 혼합된 미량원소들(microelements)일 수 있다. 미량원소들은 폴리머 재료, 금속 재료, 세라믹 재료, 또는 그들의 조합일 수 있다. 미량원소들의 적어도 일부의 평균 직경은 약 10 나노미터일 수 있지만, 10 나노미터보다 크거나 작은 직경이 이용될 수 있다. 미량원소들의 평균 직경은 실질적으로 동일하거나, 상이한 크기들 또는 상이한 크기들의 혼합물을 갖도록 변경될 수 있고, 원하는 대로 폴리머 매트릭스 내에 함침될(impregnated) 수 있다. 미량원소들 각각은 약 0.1 마이크로미터 내지 약 100 마이크로미터의 평균 거리로 이격될 수 있다. 미량원소들은 폴리머 베이스 재료 전반에 실질적으로 균일하게 분포될 수 있다.
제1 재료(515)는 제2 재료(520)와 비교할 때, 에너지 소스(212)(도 2에 도시됨)로부터의 에너지의 빔 또는 빔들과 같은 전자기 에너지와의 상이한 반응성을 가질 수 있다. 상이한 반응성은 연마 표면(505) 상에 마이크로 텍스쳐를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 제1 재료(515)와 제2 재료(520) 사이의 상이한 반응성은 제1 재료(515)가 제2 재료(520)보다 더 큰 속도로 절제되거나 그 반대로 되게 할 수 있다. 폴리머 미량원소들은 연마 제품(500)의 연마 표면(505) 내에서 마이크로미터 크기 또는 나노 크기 도메인들을 형성하는 마이크로미터 크기 또는 나노 크기 재료들일 수 있다. 미량원소들 각각은 약 150 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터이거나 그보다 작은 평균 직경을 포함할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 도 2의 플래튼 어셈블리(132) 상에서 이용될 수 있는 연마 제품(600)의 다른 실시예를 도시한다. 연마 제품(600)은 도 3a 및 도 3b의 패터닝된 표면(328)을 형성하는 연마 표면(605)을 갖는다. 연마 표면(605)은 연마 재료(670) 내에 또는 연마 재료를 통해 형성되고 백킹 재료(522)에 부착되는 인접 횡단 홈들(transverse grooves)(630)에 의해 분리되는 복수의 스트립 또는 타일(632)을 포함한다. 본 실시예에서, 연마 재료(570)는 도 4b에 설명된 바와 같이 내부에 혼입된 복수의 입자(445)를 포함한다. 복수의 스트립 또는 타일(632) 각각은 연마 재료(670) 내의 홈들(630) 각각을 연마 재료(670)의 두께보다 작은 깊이까지 형성함으로써 서로 연결될 수 있다. 홈들(630)의 깊이는 연마 재료(670)의 무결성을 유지하면서 연마 재료 내의 가요성을 허용하도록 선택될 수 있다. 대안적으로, 백킹 재료(522)를 필요없게 하는 롤 형식으로의 이동을 용이하게 하기 위해, 연마 재료(670)는 탄성 계수(modulus of elasticity) 또는 다른 기계적 속성들을 나타낼 수 있다. 본 실시예에서, 복수의 타일(632)은 복수의 홈에 의해 형성될 수 있고, 접착제(319) 및 백킹 재료(522) 없이 롤 형태로 이용될 수 있다. 다른 대안으로서, 연마 재료(570)는 홈들(630)이 분리되거나 불연속적이며 적절한 접착제(519)에 의해 백킹 재료(522)에 바인딩되는 타일(632)을 형성하도록 형성될 수 있다. 도시된 실시예에서, 연마 제품(600)은 대응하는 횡방향 홈들(635)을 갖고, 그러한 횡방향 홈들은 슬러리 보유 및 기판에의 전달에 도움이 되고 연마 제품(600)의 가요성을 증강시키기 위해 추가된다.
타일들(632)은 효율적인 연마를 용이하게 하는 임의의 형상 및 치수일 수 있다. 일 실시예에서, 타일들(632)은 연마 제품(600)이 광 또는 전자기 복사 투과성 부분(636)을 갖고서 제조되도록 형성될 수 있다. 투과성 부분(636)은 연마 제품(600)의 (머신 방향으로의) 길이를 따라 형성될 수 있다. 종료점 검출을 용이하게 하기 위해, 광학 감지 디바이스(220)(도 2)에 의해 방출되는 광 또는 전자기 복사에 대해 또한 투과성인 백킹 재료(522)가 이용될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 도 2의 플래튼 어셈블리(132) 상에서 이용될 수 있는 연마 제품(700)의 다른 실시예를 도시한다. 연마 제품(700)은 도 3a 및 도 3b의 패터닝된 표면(328)을 형성하는 연마 표면(705)을 갖는다. 연마 표면(705)은 연마 재료(570) 내에 형성된 복수의 공극(732)을 포함한다. 연마 재료(570)는 CMP 프로세스들에서 이용되는 화학적 및 물리적 요소들에 대한 저항성을 갖도록 선택되는 적절한 접착제(519)에 의해 백킹 재료(522)에 바인딩될 수 있다. 연마 제품(700) 내의 공극들(732)은 실질적으로 원 또는 타원 형상이지만, 원뿔, 또는 속이 빈 원뿔대, 즉 실질적으로 평행한 평면들 사이의 원뿔과 같은 다른 환형 기하형상들을 포함할 수 있다. 다른 실시예들에서와 같이, 횡방향 부분(736)은 광학 감지 디바이스(220)(도 2)에 의한 기판의 모니터링을 허용하도록 투과성일 수 있다.
일 실시예에서, 공극들(732)은 연마 제품(700)의 감기(rolling)에 도움을 주고 슬러리 보유를 증강시키기 위한 크기 및/또는 간격을 갖는 공동(hollow)(즉, 빈 공간)일 수 있다. 다른 실시예들에서, 공극들(732)은 연마 재료(570)[제2 재료(712)]와는 다른 제1 재료(710)로 적어도 부분적으로 채워질 수 있다. 제1 재료(710)는 제2 재료(712)에 비교하여, 경화 방법에 대해 다른 반응성을 갖는 폴리머 재료일 수 있다. 예를 들어, 제2 재료(712)는 UV 에너지로 경화가능할 수 있는 한편, 제1 재료(710)는 UV 에너지에 의해 크게 영향받지 않는다. 그러나, 일 실시예에서, 제1 재료(710)는 열 경화될 수 있다. 일 실시예에서, 연마 제품(700)은 제1 재료(710) 및 제2 재료(712)를 이용하여 차별적으로 경화될 수 있다. 차별적 경화의 일례에서, 연마 제품(700)의 제1 재료(710) 및 제2 재료(712)는 제1 재료(710)를 경화하지 않는 UV 에너지로 경화될 수 있다. 이에 의해, 제2 재료(712)는 제1 재료(710)보다 더 단단해질 수 있고, 이는 연마 제품(700)에 압축성(compressibility) 및/또는 가요성을 추가할 수 있는데, 왜냐하면 제1 재료(710)가 제2 재료(712)보다 더 큰 점성을 갖기 때문이다.
일 실시예에서, 내부에 제1 재료(710)를 갖는 공극들(732)을 더 경성으로 하면서도, 제2 재료(712)보다는 더 연성이고 더 압축가능하게 하도록, 제1 재료(710)가 열 경화된다. 다른 실시예에서, 공극들(732) 내의 제1 재료(710)는 기판 연마 프로세스 동안의 마찰에 의해 발생되는 열에 의해 열 경화된다. 본 실시예에서, 제1 재료(710)는 제2 재료(712)보다 더 경성이도록 경화될 수 있고, 그에 의해 주위의 제2 재료(712)보다 경성인 도메인들을 연마 표면(705) 상에 형성한다.
다른 실시예들에서, 제1 재료(710)는 제2 재료(712)와 비교할 때, 에너지 소스(212)(도 2에 도시됨)로부터의 에너지의 빔 또는 빔들과 같은 전자기 에너지와의 상이한 반응성을 가질 수 있다. 상이한 반응성은 연마 표면(705) 상에 마이크로 텍스쳐를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 제1 재료(710)와 제2 재료(712) 사이의 상이한 반응성은 제1 재료(710)가 제2 재료(712)보다 더 큰 속도로 절제되거나 그 반대로 되게 할 수 있다. 공극들(732)은 연마 제품(700)의 연마 표면(705) 내에서 마이크로미터 크기 또는 나노 크기 도메인들을 형성하는 마이크로미터 크기 또는 나노 크기 재료들일 수 있다. 일 실시예에서, 공극들(732)은 약 150 마이크로미터 내지 약 10 마이크로미터 미만이거나 그보다 작은 평균 직경을 포함할 수 있다.
연마 제품들(123, 500, 600, 또는 700)의 상술한 실시예들에서, 백킹 재료(317 또는 522)는 3D 프린팅 프로세스에 의해 또는 3D 프린팅 프로세스에서 베이스 재료로서 형성될 수 있는 플라스틱 재료, 예컨대 폴리에스테르 필름, 예를 들어 2축 배향된(biaxially-oriented) 폴리에틸렌 테레프탈레이트 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 재료이다. 백킹 재료(317 또는 522)는 약 0.002 인치(50.8㎛) 내지 약 0.012 인치(304.8㎛), 예를 들어 약 0.004 인치(101.6㎛)의 두께로 제공될 수 있다. 패터닝된 표면(328) 및 연마 재료(570, 670 또는 770)는 쇼어 D 스케일에서 약 20-80 범위의 경도를 갖는 폴리머 재료일 수 있다. 일 실시예에서, 연마 제품(123)의 두께는 약 0.019 인치(482.6㎛) 내지 약 0.060 인치(1,524㎛)이다.
도 8은 도 2의 플래튼 어셈블리(132) 상에서 연마 제품(123)으로서 이용될 수 있는 연마 제품(800)의 개략적 사시 단면도이다. 연마 제품(800)은 경성 피쳐들(804)에 혼입된 연성 재료로 형성된 베이스 재료 층일 수 있는 복합 패드 바디(802)를 포함한다. 복합 패드 바디(802)는 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다. 복수의 상승된 피쳐(806)는 경성 피쳐들(804)을 적어도 부분적으로 둘러싸는 연성 재료(805)의 하나 이상의 층을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 경성 피쳐들(804)은 약 40 쇼어 D 스케일 내지 약 90 쇼어 D 스케일의 경도를 가질 수 있다. 연성 재료(805)는 물론, 복합 패드 바디(802)의 나머지 부분은 약 26 쇼어 A 스케일 내지 약 95 쇼어 A 스케일의 경도 값을 가질 수 있다.
복합 패드 바디(802)는 복수의 층을 포함하고, 각각의 층은 3D 프린터에 의해 퇴적될 수 있는 연성 재료(805)를 위한 제1 재료의 영역들 및 경성 피쳐들(804)을 위한 제2 재료의 영역들을 포함한다. 다음으로, 복수의 층은 예를 들어 UV 광에 의해, 열원에 의해, 또는 전자기 에너지에 의해 경화되어, 고체화되고 원하는 경도를 달성할 수 있다. 퇴적 및 경화 후에, 경성 피쳐들(804) 및 연성 재료(805)는 함께 결합되어, 단일체의 복합 패드 바디(802)를 형성한다.
연성 재료(805)는 낮은 경도 값 및 낮은 영률 값을 갖는 제1 재료로 형성될 수 있는 한편, 경성 피쳐들(804)은 높은 경도 값 및 높은 영률 값을 갖는 제2 재료로 형성될 수 있다.
경성 피쳐들(804)은 폴리머 재료, 예를 들어, 폴리우레탄, 아크릴레이트, 에폭시, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS: acrylonitrile butadiene styrene), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리비닐 아세테이트, 불화계 탄화수소 및 그와 유사한 것, 및 이들의 혼합물들, 코폴리머들 및 그래프트들(grafts)로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 경성 피쳐는 폴리에테르 케톤(PEEK), 폴리페닐설폰(PPS), 폴리옥시메틸렌(POM) 등과 같은 시뮬레이팅 플라스틱 3D 프린팅 재료로 형성될 수 있다. 경성 피쳐는 또한 프리커서 재료들에 의해 제공될 수 있고/거나, 우레탄들이 경성 피쳐들로 엔지니어링될 수 있다. 일 실시예에서, 연마재 입자들은 연마를 증강시키기 위해 경성 피쳐들(804) 내에 매립될 수 있다. 연마재 입자들은 금속 산화물, 예컨대 세리아, 알루미나, 실리카, 또는 폴리머, 합금(inter-metallic) 또는 세라믹인 그들의 조합일 수 있다.
연성 재료(805)는 엘라스토머 재료, 예를 들어 엘라스토머 폴리우레탄으로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 연성 재료(805)는 고무 유사 3D 프린팅 재료, 예컨대 폴리부타디엔, 이소프렌, 클로로프렌, EPDM, 및 그와 유사한 것으로 형성될 수 있다. 또한, 탄성 피쳐가 프리커서 재료들에 의해 제공될 수 있고/거나, 우레탄들은 탄성 피쳐들을 제공하기 위해 고무같이 되도록 엔지니어링될 수 있다.
일 실시예에서, 상승된 피쳐들(806)은 선형 패턴, 동심 링 또는 라인 패턴으로 된 직사각형 패턴으로 되어 있을 수 있다. 상승된 피쳐들(806) 사이에 홈들(818)이 형성된다. 연마 동안, 상승된 피쳐들(806)의 상부 표면들(808)은 기판에 접촉하는 패터닝된 표면(251)을 형성하는 한편, 홈들(818)은 연마 유체를 보유한다.
일 실시예에서, 상승된 피쳐들(806)의 폭은 약 250 마이크로미터 내지 약 2 밀리미터일 수 있다. 상승된 피쳐들(806) 사이의 피치는 약 0.5 밀리미터 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 각각의 상승된 피쳐(806)는 약 250 마이크로미터 내지 약 2 밀리미터의 폭을 가질 수 있고, 동일한 피치를 포함할 수 있으며, 또는 다양한 경도의 구역들을 제공하기 위해, 연마 제품(800)의 반경에 걸쳐서 폭 및/또는 피치가 달라질 수 있다.
다른 연마 제품들과 비교하여, 본 개시내용의 복합 연마 제품(800)은 수 개의 이점을 갖는다. 전통적인 연마 제품들은 텍스쳐화된 연마 표면, 및 기판들을 연마하기 위한 원하는 경도 또는 영률을 획득하기 위해 연성 재료, 예컨대 기포로 형성된 서브 패드에 의해 지지되는 연마재 재료들을 갖는 연마 층을 일반적으로 포함한다. 다양한 영률들을 갖는 재료들을 선택하거나, 3D 프린팅의 이용에 의해 상이한 피쳐들의 배열들을 변경하거나 피쳐들의 치수들을 조절함으로써, 서브 패드를 이용하지 않고서도 복합 패드 바디(802) 내에 바람직한 경도 또는 영률이 달성될 수 있다. 그러므로, 연마 제품(800)은 서브 패드들을 제거함으로써 소유 비용을 감소시킨다. 추가로, 연마 제품(800)의 경도 및 연마도(abrasiveness)는 상이한 경도 및 연마도를 갖는 피쳐들을 혼합함으로써 조정될 수 있고, 그에 의해 연마 성능이 향상된다.
본 개시내용에 따른 복합 연마 제품들은 패턴 변동 및/또는 피쳐 크기 변동에 의해, 경성 피쳐들(804)과 같은 표면 피쳐들, 및 연성 재료(805)와 같은 베이스 재료에 걸쳐 가변적인 영률을 가질 수 있다. 원하는 속성들을 달성하기 위해, 연마 패드들에 걸친 영률은 대칭 또는 비대칭, 균일 또는 불균일할 수 있다. 상승된 피쳐들(806)의 패터닝은 원하는 속성을 달성하기 위해 방사형, 동심형, 직사각형, 또는 랜덤일 수 있다.
상승된 피쳐들(806)의 외측 표면들(808)은 경성 피쳐들(804)보다 더 연성이거나 더 탄성적인 폴리머 재료로 형성된다. 일 실시예에서, 상승된 피쳐들(806)의 외측 표면(808)은 베이스 재료 층(802)과 동일한 재료로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상승된 피쳐들(806)은 내부에 매립된 경성 피쳐(804)를 포함한다. 매립된 경성 피쳐들(804)은 연마를 위해 요구되는 경도 및 강성을 제공한다. 외측 표면(808)의 연성 폴리머 층은 연마 중인 기판 상에서 결함들을 감소시키고 평탄화를 향상시킬 수 있다. 대안적으로, 연성 폴리머 재료는 본 개시내용의 다른 연마 패드들의 표면들 상에 프린팅되어 동일한 이점을 제공할 수 있다.
도 9는 도 5a에 도시된 전자기 복사 투과성 부분(536)과 유사한 관측 윈도우(910)를 갖는 연마 패드(900)의 개략적 사시 단면도이다. 연마 패드(900)는 도 2는 물론, 본 명세서에 설명된 연마 패드들의 다른 실시예들의 플래튼 어셈블리(132)에서 연마 제품(123)으로서 이용될 수 있다. 복합 패드 바디(902)는 하나 이상의 경성 피쳐(904) 및 하나 이상의 탄성 피쳐(906)를 포함한다. 경성 피쳐들(904) 및 탄성 피쳐들(906)은 복합 패드 바디(902)를 형성하기 위해 경계들에서 함께 결합되는 불연속 피쳐들이고, 연성 재료(805) 및 경성 피쳐들(804)과 함께 위에서 설명된 재료들을 포함할 수 있다.
연마 패드(900)는 하나 이상의 탄성 피쳐(906), 및 탄성 피쳐들(906)로부터 연장되는 복수의 경성 피쳐(904)를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 경성 피쳐들(904)은 약 40 쇼어 D 스케일 내지 약 90 쇼어 D 스케일의 경도를 가질 수 있다. 탄성 피쳐들(906)은 약 26 쇼어 A 스케일 내지 약 95 쇼어 A 스케일의 경도 값을 가질 수 있다. 경성 피쳐들(904)은 본 개시내용에 따른 임의의 적절한 패턴들로 배열될 수 있다.
관측 윈도우(910)는 연마 중인 기판의 모니터링을 제공하기 위해 투과성인 재료로 형성될 수 있다. 관측 윈도우(910)는 탄성 피쳐(906) 또는 경성 피쳐들(904)을 통해 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 관측 윈도우(910)는 투과성인 3D 프린팅 포토폴리머로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 관측 윈도우(910)는 UV 투과가능한 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)로 형성될 수 있다.
도 10은 백킹 층(1006)을 포함하는 연마 제품(1000)의 개략적 단면도이다. 연마 패드(1000)는 도 2는 물론, 본 명세서에 설명된 연마 패드들의 다른 실시예들의 플래튼 어셈블리(132) 상에서 연마 제품(1223)으로서 이용될 수 있다. 연마 패드(1000)는 베이스 재료 층(1004), 및 베이스 재료 층(1004)으로부터 돌출되는 복수의 표면 피쳐(1002)를 포함한다. 연마 패드(1000)는 베이스 재료 층(1004)에 부착된 백킹 층(1006)을 갖는다는 점을 제외하고는 위에서 설명된 연마 제품들(500, 600, 700, 800 또는 900)과 유사할 수 있다. 백킹 층(1006)은 연마 제품(1000)에 압축성을 제공할 수 있다. 일 실시예에서, 백킹 층(1006)은 80 쇼어 A 스케일 미만의 경도 값을 가질 수 있다.
일 실시예에서, 백킹 층(1006)은 압력 하에서 셀들이 붕괴되고 백킹 층(1006)이 압축되도록, 공극들을 갖는 폴리실리콘 또는 폴리우레탄과 같은 개방 셀 또는 폐쇄 셀 기포로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 백킹 층(1006)은 천연 고무, EPDM(에틸렌 프로필렌 디엔 모노머) 고무, 니트릴, 또는 폴리클로로프렌(네오프렌)으로 형성될 수 있다.
도 11은 복수의 구역을 갖는 연마 제품(1100)의 개략적 단면도이다. 연마 제품(1100)은 연마 동안 기판(121)의 중심 영역에 접촉하는 영역들과, 기판(121)의 주변 부분들에 접촉하는 영역들에서 서로 다른 속성들을 갖도록 설계될 수 있다. 도 11은 기판(121)을 연마 제품(1100)에 대하여 위치시키는 캐리어 헤드(152)를 개략적으로 도시한다. 일 실시예에서, 연마 제품(1100)은 백킹 층(1104) 상에 배치된 복합 패드 바디(1102)를 포함할 수 있다. 복합 패드 바디(1102)는 3D 프린팅 프로세스에 의해 제조될 수 있다. 도 11에 도시된 바와 같이, 연마 패드(1100)는 연마 패드의 반경을 따르는 내측 에지 구역(1108), 외측 에지 구역(1106), 및 중심 구역(1110)으로 나누어질 수 있다. 외측 에지 구역(1106) 및 내측 에지 구역(1108)은 연마 동안 기판(121)의 에지 영역에 접촉하는 한편, 중심 구역(1110)은 연마 동안 기판(121)의 중심 영역에 접촉한다.
연마 패드(1100)는 에지 연마 품질을 향상시키기 위해, 에지 구역들(1106, 1108) 상에서 중심 구역(1110)과 비교하여 다른 탄성률(modulus)을 갖는다. 일 실시예에서, 에지 구역들(1106, 1108)은 중심 구역(1110)보다 낮은 영률을 가질 수 있다.
도 12는 도 11의 연마 제품(1100)의 부분 확대 단면도로서, 에지 구역(1106) 및 내측 에지 구역(1108)을 위한 예시적인 설계를 보여준다. 에지 구역(1106)은 베이스 재료 층(1206), 및 복수의 표면 피쳐(1204)를 포함한다. 표면 피쳐들(1204)은 베이스 재료 층(1206)보다 더 경성인 재료들로 형성될 수 있다. 내측 에지 구역(1108)은 베이스 재료 층(1208), 및 복수의 표면 피쳐(1202)를 포함한다. 표면 피쳐들(1202)은 베이스 재료 층(1208)보다 더 경성인 재료들로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 중심 구역(1108)은 베이스 재료 층(1208) 아래에 록킹 층(locking layer)(1210)을 포함할 수 있다. 록킹 층(1210)은 경성 재료로 형성될 수 있다. 안정성을 향상시키기 위해, 복수의 표면 피쳐(1202)가 록킹 층(1210) 상에 프린팅될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 내측 에지 구역(1108) 내의 표면 피쳐들(1202)은 크기에 있어서 외측 에지 구역(1106) 내의 표면 피쳐들(1204)보다 크다. 일 실시예에서, 에지 구역(1106) 내의 표면 피쳐들(1204)의 피치는 내측 에지 구역(1108) 내의 표면 피쳐들(1202)의 피치보다 작을 수 있다.
상술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 추가의 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 만들어질 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (20)

  1. 연마 제품으로서,
    복수의 프린터 퇴적된 층들로 형성된 단일체 복합 패드 바디(unitary composite pad body)를 포함하고,
    상기 단일체 복합 패드 바디는 베이스 영역 및 연마 표면을 형성하기 위해 상기 베이스 영역으로부터 연장되는 복수의 상승된 피쳐들을 포함하고,
    상기 베이스 영역은 제1 재료로 형성되고,
    상기 복수의 상승된 피쳐들은 상기 제1 재료의 영역들과 제2 재료의 영역들을 포함하고, 상기 제2 재료의 영역들은 상기 제1 재료에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는, 연마 제품.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 재료는 상기 제1 재료의 경도보다 큰 경도를 갖는, 연마 제품.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 재료의 영역들은 상기 단일체 복합 패드 바디를 형성하는 상기 제1 재료 및 상기 제2 재료의 교차결합된 폴리머 매트릭스 내의 불연속 영역들을 포함하는, 연마 제품.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 재료는 폴리우레탄, 아크릴레이트, 에폭시, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리비닐 아세테이트, 불화계 탄화수소 또는 이들의 혼합물들로 형성되는, 연마 제품.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2 재료의 영역들은 40 쇼어 D 스케일 내지 90 쇼어 D 스케일의 경도를 갖는, 연마 제품.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 제1 재료의 영역들은 26 쇼어 A 스케일 내지 95 쇼어 A 스케일의 경도를 갖는, 연마 제품.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2 재료의 영역들의 영률은 상기 제1 재료의 영역들의 영률보다 큰, 연마 제품.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 재료는 젤을 포함하는, 연마 제품.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제2 재료는 폴리에틸렌 글리콜(PEG)을 포함하는, 연마 제품.
  10. 제1항에 있어서,
    제2 재료는 폴리에틸렌 옥사이드(PEO), 하이드로젤, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 또는 카르복실 메틸 셀룰로오스(CMC)를 포함하는, 연마 제품.
  11. 연마 제품으로서,
    베이스 재료 층 및 단일체 패드 바디를 형성하기 위해 상기 베이스 재료 층으로부터 연장되는 복수의 상승된 피쳐들을 포함하고,
    상기 베이스 재료 층은 제1 재료를 포함하는 제1 복수의 순차적으로 퇴적된 층들로 형성되고,
    상기 복수의 상승된 피쳐들은 상기 제1 재료 및 상기 제1 재료에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 제2 재료의 불연속 영역들을 포함하는 제2 복수의 순차적으로 퇴적된 층들로 형성되는, 연마 제품.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 재료의 영역들은 계면 경계들에서 상기 제1 재료와 교차결합된 폴리머 매트릭스를 형성하는, 연마 제품.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제2 재료는 폴리우레탄, 아크릴레이트, 에폭시, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리비닐 아세테이트, 불화계 탄화수소 또는 이들의 혼합물들로 형성되는, 연마 제품.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 제2 재료의 영역들은 40 쇼어 D 스케일 내지 90 쇼어 D 스케일의 경도를 갖는, 연마 제품.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 제1 재료의 영역들은 26 쇼어 A 스케일 내지 95 쇼어 A 스케일의 경도를 갖는, 연마 제품.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 제2 재료의 불연속 영역들은 상기 복수의 상승된 피쳐들 내의 비-랜덤 패턴을 형성하는, 연마 제품.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제2 재료는 젤을 포함하는, 연마 제품.
  18. 연마 패드로서,
    베이스 재료 층으로부터 위로 연장되는 복수의 상승된 피쳐들을 포함하고,
    상기 베이스 재료 층 및 상기 복수의 상승된 피쳐들은 단일체 패드 바디를 집합적으로 포함하도록 복수의 순차적으로 퇴적된 층들로 각각 형성되고,
    상기 베이스 재료 층은 제1 재료를 포함하고,
    상기 복수의 상승된 피쳐들은 상기 제1 재료 및 제2 재료를 포함하는, 연마 패드.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제2 재료는 상기 제1 재료에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸이는 복수의 불연속 영역들 내에 배치되고,
    상기 제2 재료는 경계들에서 폴리머 매트릭스를 형성하도록 상기 제1 재료에 결합되고,
    상기 제2 재료의 상기 복수의 불연속 영역들은 40 쇼어 D 스케일 내지 90 쇼어 D 스케일의 경도를 갖고,
    상기 제1 재료의 영역들은 26 쇼어 A 스케일 내지 95 쇼어 A 스케일의 경도를 갖는, 연마 패드.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 제2 재료는 아크릴레이트를 포함하고,
    상기 제2 재료의 상기 복수의 불연속 영역들은 비-랜덤 패턴 내에 배치되는, 연마 패드.
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