KR20030028846A

KR20030028846A - 유리한 미세 조직을 갖는 연마 패드

Info

Publication number: KR20030028846A
Application number: KR10-2003-7003986A
Authority: KR
Inventors: 핀헤이로배리스코트; 나우글러스티븐
Original assignee: 로델 홀딩스 인코포레이티드
Priority date: 2000-09-19
Filing date: 2001-09-18
Publication date: 2003-04-10
Also published as: EP1320443B1; US6641471B1; JP4926351B2; JP2002144220A; EP1320443A1; DE60110820T2; WO2002024415A1; KR100571448B1; DE60110820D1; TW491755B

Abstract

연마 패드는 하기 특징을 갖는 표면을 갖는다: 지표면 조도(Ra), 약 0.01μm; 평균 피크 대 골 조도(Rtm), 약 3 내지 약 40μm; 코어 조도 깊이(Rk), 약 1 내지 약 10; 환산된 피크 높이(Rpk), 약 0.1 내지 약 10; 및 표면적 비로서 나타낸 피크 밀도(R_SA), ([표면적/(면적-1)], 0.001 내지 2.0.

Description

유리한 미세 조직을 갖는 연마 패드{Polishing pad having an advantageous micro-texture}

본 발명은 일반적으로 기판(예: 유리, 반도체 장치 웨이퍼 및/또는 유전성/금속 복합재) 위에 평활하고, 편평한 표면을 만들기 위해 사용되는 연마 패드에 관한 것이며, 특히 본 발명의 조성물 및 방법은 이러한 기판의 연마에 사용하기 전에 이러한 패드의 연마 표면 형태에 관한 것이다. 본 발명의 사용에 특히 적합한 적용은 집적 회로 제작에서 마주치는 기판(예: 규소, 이산화규소, 텅스텐 및 구리)의 연마/평탄화를 포함한다.

미국 특허공보 제5,569,062호에는 연마하는 동안에 연마 패드의 표면을 연마하기 위한 절삭 수단이 기술되어 있다. 미국 특허공보 제5,081,051호에는 패드 표면에 대해 톱니모양 에지 프레싱(edge pressing)을 갖고, 이에 의해 패드 표면에 원주형 홈을 절삭시키는 연신된 블레이드가 기술되어 있다.

미국 특허공보 제5,990,010호에는 연마 패드를 예비 조절(preconditioning)하기 위한 예비 조절 메커니즘 또는 장치가 기술되어 있다. 이 장치를 사용하여 연마 패드 사용 동안에 미세 조직을 생성하고 재생시킨다.

반도체 웨이퍼 연마 공정에서, 연마 패드의 최초 예비 조절(또한, "브레이크-인(break-in)"으로 언급)은 이미 예비 조절된 패드의 중간 조절과는 구분된다. 중간 조절은 연마 주기 사이에 연마 장치 상에서 연마와 동시에 일어나거나 간헐적으로 수행될 수 있다. 일반적으로, 연마 패드에 대한 최소 "가동" 주기는 기판(또는 공작품) 물질의 제거 속도가 특정 종류의 패드에 대해 안정한 지속-상태 제거 속도로 안정하게 되는 데에 필요한, 누적된 연마 시간으로 기술될 수 있다. 예비 조절 연마 패드는 "가동" 주기와 연관된 문제에 역점을 두어 다룬다.

통상적인 웨이퍼 제조에서, 후속 제조 웨이퍼에 대한 화학-기계적 연마 조건은 제1 제조 웨이퍼로부터 수득된 결과로부터 설정될 수 있다. 그러나 "제1 웨이퍼 효과"는 다수의 새로운 웨이퍼가 일정 기간 동안 사용되지 않은 연마 패드 상에서 연마되는 경우 또는 새로운(이전에 사용되지 않은) 연마 패드가 설치되는 경우에 부닥친다.

제1 웨이퍼 효과는 후속 제조 웨이퍼에 대해 수득되는 것에 비하여 제1 웨이퍼에 대해 수득되는 연마 결과의 차이를 언급한다. 이 효과는 제1 웨이퍼에 의해 부닥치는 상이한 연마 조건에 기인하는 것으로 보인다. 제1 웨이퍼 효과를 감소시키는 한가지 접근법은 블랭크 예비 조절 웨이퍼를 사용하는 것이다. 이러한 웨이퍼를 사용하여 특정 시간 동안 예비 조절한 후, 제1 제조 웨이퍼는 웨이퍼 홀더에 설치되고 연마된다. 이러한 기계 상의 예비 조절 방법은 예비 조절을 포함하는 별도의 카세트 및 제조 웨이퍼의 연속적 적재 및 내림으로 인하여 성가실 뿐만 아니라 예비 조절과 연관된 기계 정지 시간으로 인하여 제조 비용이 증가한다.

미세 조직은 미세 함입부 및 미세 돌출부를 포함한다. 이들 미세 돌출부의 높이는 일반적으로 50μ 미만, 더욱 바람직하게는 10μ 미만이다. 미세 함입부의깊이는 50μ 미만, 더욱 바람직하게는 10μ 미만이다. 육안 조직은 육안 홈 및 미세 홈을 둘 다 포함한다.

중간 조절과 연관된 문제는 제조 연마 수행 사이에 조절 처리의 빈도 및 기간을 결정할 필요로부터 발생할 수 있다. 이는 이들 기술에 의해 수득된 표면 조직에서의 변화에 기인하는 추가 변화 및 비예측성을 발생시킨다. 추가로, 중간 조절은 빈번하게 이렇게 제조된 연마 패드, 예를 들어, 폴리우레탄으로 제작된 패드에 대한 최초 브레이크-인 기간에 수반되는 문제에 역점을 두어 다루지 않는다.

연마 공정의 가동에서, 새로운 패드는 일반적으로 최초의 낮은 제거 속도에 이어서 제거 속도의 증가에서 발현되고, 연마 도구 상에서 지속 상태로 안정하게 하는 특징적 "브레이크-인" 거동을 나타내는 경향이 있다. 브레이크-인 기간은 10분 내지 1시간 이상으로 지속될 수 있으며, 산업에서 점점 더 중요한 장치 효율 손실을 나타낸다. 평활한 표면을 갖는 성형 패드는 빈번하게 바람직하지 않게 길고/거나 일정하지 않은 브레이크-인 시간을 패드에서 패드로 또는 연마 패드의 로트(lot)에서 로트로 나타냄이 관찰되었다. 한편, 과도하게 조절된 연마 패드는 지속 상태 값으로 안정하게 되기 전에 최초로 높은 불안정한 제거 속도를 나타낼 수 있다. 이 편차는 또한, 목적하는 브레이크-인 시간보다 긴 것의 원인이 된다.

이렇게 제조된 연마 패드에, 당해 기술의 현재 상태로 제조된 연마 패드에 비하여, 더욱 짧고/거나 더욱 일정한 브레이크-인 기간, 제거 속도 및/또는 증가된 지속 상태 제거 속도에서 개선된 예측성을 제공하는 것이 바람직하다.

특정한 조직도는 일반적으로 연마 패드가 적당하게 수행되는 데에 필요하다.피크(또는 돌출부) 및 골(또는 함입부)로 이루어진, 이러한 표면 조직은 빈번하게 다음 방법으로 연마를 보조한다: 1) 골은 연마 슬러리의 "풀(pool)"을 유지하는 저장소로서 작용하여 슬러리의 일정한 공급이 연마중인 기판의 표면과의 접촉에 유용하고; 2) 피크는 기판 표면과 직접 접촉하여 "2체 연삭 마멸(two-body abrasive wear)"을 발생시키고/거나 슬러리 입자와 함께 "3체 연삭 마멸"을 발생시키고; 3) 슬러리 상에서 전단과 함께 작용하는 표면의 조직은 부식에 의해 기판 표면의 슬러리 형성 마멸에 와류를 발생시킨다.

일반적으로 단일 수자("Ra" 수)를 사용하여 표면 조도를 특징화하는 것이 수행된다. Ra는 표면 특징인 평균 편각/높이로부터 패드 표면의 평균 편차를 나타낸다. 두 개의 극도로 상이한 표면이 동일한 Ra 값을 가지므로, 추가의 매개변수는 연마 표면 미세 조직을 보다 양호하게 정량화하는 데에 필수적이다. 몇 가지 추가로 유용한 매개변수는 다음과 같다: 평균 피크 대 골 조도("Rtm"); 피크 밀도("R_SA"); 코어 조도 깊이("Rk"); 환산된 피크 높이("Rpk"); 및 환산된 골 높이("Rvk").

피크 밀도는 얼마나 많은 피크(돌출부)가 연마중인 기판의 표면과 접촉하는 데 유용한지를 나타낸다. 패드 위의 소정의 하향력(기판이 연마 패드의 연마 층과 접촉하는 압력)에 대해, 낮은 피크 밀도는 더욱 적은 접촉점을 갖고, 따라서 각각의 접촉점은 기판 표면 위에서 더욱 큰 압력을 나타낸다. 반대로, 보다 높은 피크 밀도는 기판 표면 위에 나타나는 거의 균일한 압력을 갖는 다수의 접촉점을 포함한다. 피크 밀도는 [표면적/(정상 면적-1)]로 정의되는 표면적 비("R_SA")를 통해 특징화되며, 여기에서 표면적은 측정된 표면적이고, 정상 면적은 정상 평면 위에 투사되는 면적이다.

평균 피크 대 골 조도("Rtm")는 피크 및 골의 비례수의 척도이다. 피크 대 골 높이는 표면 조직에서 피크의 높이 및 골의 깊이를 둘 다 특징화한다. 슬러리 층의 두께(및/또는 슬러리의 국소 풀의 깊이)는 슬러리 및 슬러리 내의 입자 유동의 역학, 즉 유동이 층류인지 또는 와류인지, 와류의 공격성 및 와류의 특성에 영향을 준다. 슬러리 유동의 역학은 연마의 "부식 마멸" 메커니즘에 관련되므로 중요하다.

골 크기는 슬러리의 "풀" 뿐만 아니라 연마의 수행에 일부 유용한 슬러리의 양을 보유하는 표면의 능력을 나타낸다. 비교적 큰 웨이퍼(직경 200 내지 300mm)가 연마 패드를 통과할 때, 연마의 균질성을 보장하는 웨이퍼 하에 모든 지점에서 유용한 슬러리를 갖는 것이 중요하다. 연마 패드가 특징이 없는 경우, 슬러리가 웨이퍼 하에 침투하여 웨이퍼의 내부 부분에서 유용하기는 곤란하다. 이 시나리오에서, 패드와 웨이퍼 사이의 접촉 면적은 "부족한 슬러리"가 된다. 이는 홈 또는 구멍을 갖는 연마 패드에 대한 자극이다. 육안 특징(예: 홈)은 연마 패드의 연마 층과 웨이퍼 사이에 슬러리 유동을 가능하게 한다. 본 발명자들은 연마 패드 상의, 0.5 내지 25mm 범위의 더욱 적은 치수(즉, 홈 또는 구멍 사이의 지역 면적)에 초점을 맞추므로, 이 지역 면적의 표면이 (대규모의 특징 없는 패드와 유사하게)너무 평활한 경우, 패드와 웨이퍼 사이의 일부 접촉 면적이 유사하게 부족한 슬러리로 될 수 있다. 따라서, 이들 소규모로 유용하게 만드는 슬러리를 일부 보유할 수 있는 소규모 표면 조직(즉, 미세 조직)을 갖는 것이 중요하다.

마지막으로, 상기 이유 이외에, 피크 크기는 피크의 강성에 영향을 주므로 중요하고; 길고 좁은 피크는 넓은 것보다 유연하다. 피크의 상대적 강성은 연마의 연삭 마멸 성분에 영향을 준다. 피크 및 골의 크기 및 형상은 Rpk(환산된 피크 높이), Rvk(환산된 골 깊이) 및 Rk(코어 조도 깊이)를 통해 함께 특징지워진다. 이들 세 가지 값은 도 1에 도시된 바와 같이, 지지력 비(bearing ratio) 곡선으로부터 수득된다. 지지력 비는 마찰학적 연구에 사용된다. 더욱 상세한 설명은 [참조: "Tribology: Friction and Wear of Engineering Materials, I.M. Hutchings, page 10, 1992]에 나타나 있다. 이 교재로부터 관련 내용을 본원에서 용이하게 참조로 인용한다: "지지력 비 곡선은 직선을 영상화하여 조사중인 표면의 윤곽을 나타냄으로써 이해할 수 있다. 평면이 먼저 일정 지점에서 표면과 접촉하는 경우, (윤곽의 접촉 길이 대 전체 길이의 비로 정의되는) 지지력 비는 0이다. 직선이 추가로 하방으로 이동하면서, 표면 윤곽을 분할하는 길이가 증가하고, 따라서 지지력 비는 증가한다. 최종적으로, 직선이 표면 윤곽에서 가장 깊은 골의 바닥에 도달하는 경우, 지지력 비는 100%로 증가한다." 지지력 비 곡선은 도 1에 도시된 바와 같이, 표면 높이에 대한 지지력 비의 플롯이다.

본 발명은 예비 구성된 표면(표면 미세 조직 또는 미세 형태)을 갖는 연마 패드를 제공한다. 본 발명에 따른 연마 패드 상의 미세 조직은 선행 기술에서 논의된 중간 조절 방법과 구분되는 바와 같이, 연마 전에, 바람직하게는 제조 동안에 가공된다. 패드 표면은 육안 조직(홈) 및 전체 패드 가공 표면 상에 기계적으로 제조된 미세 조직(또한 본원에서 연마 층의 표면으로 언급)으로 구성되어 있다. 미세 조직은 전체 패드 표면에 걸쳐 통계학적으로 균일하며, 다음 정량적 매개변수에 의해 기술된다:

산술 표면 조도(Ra), 0.01 내지 25μm;

평균 피크 대 골 조도(Rtm), 2 내지 40μm;

코어 조도 깊이(Rk), 1 내지 10;

환산된 피크 높이(Rpk), 0.1 내지 5;

환산된 골 높이(Rvk), 0.1 내지 10; 및

표면적 비로서 나타낸 피크 밀도(R_SA), ([표면적/(면적-1)], 0.001 내지 2.0.

한 양태에서, 본 발명은 사용 전에 조절된, 균질하거나 불균질한 중합체 연마 패드를 제공하며, 이는 일반적으로 많은 선행 기술의 이렇게 제조된 중합체 연마 패드에 비하여 짧은 브레이크-인 시간을 나타낸다.

다른 양태에서, 본 발명은 많은 선행 기술 패드에 비하여 개선된 브레이크-인 시간 및 제거 속도를 제공한다.

본 발명을 예시하기 위해서, 다음 도면이 제공된다. 그러나 본 발명은 기술된 특정 양태로 제한되지 않는다.

도 1은 지지력 비 곡선을 도시한다.

도 2는 본 발명에 따른 미세 조직을 만드는 데에 사용되는 단일점 절삭 도구의 개략도이다.

도 3은 미세 조직의 부재하에, 이렇게 제조된 균질한 비다공성 연마 패드의 가공 표면을 200배 확대한 주사 현미경 사진(SEM)이다.

도 4는 선반 상에서 일반적 설계의 단일점 절삭 도구를 사용하여 미세 조직을 갖는 이렇게 제조된 패드의 표면을 200배 확대한 SEM이다.

도 5는 선반 상에서 다점 절삭 도구(다이아몬드 디스크)를 사용하여 미세 조직을 갖는 이렇게 제조된 패드의 표면을 200배 확대한 SEM이다.

도 6은 이렇게 제조된 비처리 패드 및 본 발명에 따라 제조된 패드에 대하여, 누적 연마 시간(x축; 분)에 대한 웨이퍼 옥사이드 층의 제거 속도(y축; Å/분)의 플롯이다.

본 발명의 바람직한 연마 패드는 고체 열가소성 중합체 또는 열경화성 중합체를 포함한다. 중합체는 폴리우레탄, 폴리우레아-우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에스테르 및/또는 기타를 포함하는 다수의 물질 중의 하나로부터 선택될 수 있다. 폴리에스테르를 포함하는 패드는 단독폴리에스테르, 코폴리에스테르, 폴리에스테르의 혼합물 또는 블렌드 또는 폴리에스테르 이외에 다른 중합체 하나 이상과의 폴리에스테르 블렌드를 함유한다. 대표적 폴리에스테르 제조는 디카복실산[예: 테레프탈산(TA)]과 글리콜[예: 에틸렌 글리콜(EG)]의 직접 에스테르화(2 내지 3의 평균 중합도(DP)로 1차 에스테르화) 다음에, 상업적으로 사용가능한 DP(70 DP 이상)로 용융 또는 고체 스테이지 중합에 의한다. 프탈레이트계 폴리에스테르는 선형 및 환식 폴리알킬렌 테레프탈레이트, 특히 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리프로필렌 테레프탈레이트(PPT), 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT), 폴리에틸렌-1,4-사이클로헥실렌-디메틸렌 테레프탈레이트(PETG), 폴리트리메틸렌 테레프탈레이트(PTT), 폴리아미드-블록-PET; 및 다른 변형, 예를 들어, 하나 이상의 상기 성분을 함유하는 이의 랜덤 또는 블록 공중합체이다. 코폴리에스테르는 일반적으로 연질 세그먼트, 예를 들어, 폴리부틸렌 테레프탈레이트(PBT) 및 경질 세그먼트, 예를 들어, 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 테레프탈레이트를 함유하는 공중합체이다. 프탈레이트계 폴리에스테르 및 코폴리에스테르는 상품명 Trevira, Hytrel및 Riteflex(제조원: 미국 델라웨어주 윌밍턴 소재의 du Pont de Nemours, Inc.)으로 시판된다.

반응 사출 성형 또는 "RIM"은, 당해 분야에서 이해되는 바와 같이, 일반적으로 반응성 액체(또는 반액체) 전구체의 혼합을 포함하며, 이는 다음에 주형으로 급속하게 사출된다. 일단 주형이 충전되면, 반응성 전구체는 화학적으로 반응하여 최종 성형 생성물의 고화를 야기한다. 이러한 종류의 사출 성형은 유리할 수 있는데, 이는 패드의 물리적 특성이 반응 화학을 조절함으로써 적당하게 일치시킬 수 있기 때문이다. 또한, 반응 사출 성형은 일반적으로 열가소성 사출 성형보다 낮은 점도 전구체를 사용하여 높은 종횡비 주형의 더욱 용이한 충전을 허용한다.

우레탄 초기중합체는 본 발명에 따라서 반응 사출 성형에 유용한 반응 화학물질이다. "초기중합체"는 올리고머 또는 단량체를 포함하는, 최종 중합 생성물에대한 전구체를 의미하려는 것이다. 많은 이러한 초기중합체가 익히 공지되어 있으며 시판된다. 우레탄 초기중합체는 일반적으로 초기중합체 쇄의 말단에서 반응성 부분을 포함한다. 우레판 초기중합체에 일반적인 반응성 부분은 이소시아네이트이다. 시판되는 이소시아네이트 초기중합체는 디-이소시아네이트 초기중합체 및 트리-이소시아네이트 초기중합체를 포함한다. 디-이소시아네이트 중합체의 예는 톨루엔 디이소시아네이트 및 메틸렌 디이소시아네이트를 포함한다. 이소시아네이트 초기중합체는 바람직하게는 2 이상의 평균 이소시아네이트 관능도를 포함한다. 4를 초과하는 평균 이소시아네이트 관능도는 일반적으로 바람직하지 않은데, 사용되는 성형 장치 및 방법에 따라서 처리가 어렵게 될 수 있기 때문이다.

이소시아네이트 초기중합체는 일반적으로 이소시아네이트 반응성 부분을 갖는 제2 초기중합체와 반응한다. 바람직하게는, 제2 초기중합체는 평균 이(2) 이상의 이소시아네이트 반응성 부분을 포함한다. 이소시아네이트 반응성 부분은 아민, 특히 1급 및 2급 아민, 및 폴리올을 포함하며; 바람직한 초기중합체는 디아민, 디올 및 하이드록시 관능화된 아민을 포함한다. 또한, 연마 입자가 패드 물질에 혼입될 수 있다. 연마제가 패드 물질에 혼입된 연마 패드는 특정 기판을 연마하기 위해 연마제-유리된 연마 유체와 함께 사용될 수 있다.

중합체 화학이 본 발명의 중합체 연마 패드의 제조에, 특히 최종 생성물이 다음 특성을 나타내는 경우에 사용될 수 있다: 0.5g/cm³이상, 더욱 바람직하게는 0.7g/cm³이상, 더욱 더 바람직하게는 약 0.9g/cm³이상의 밀도; 34mN/m 이상의 임계 표면 장력; 0.02 내지 5GPas.의 인장 모듈러스; 25 내지 80 쇼어 D의 경도; 300 내지 6000psi의 항복 응력; 500 내지 15,000psi의 인장 강도 및 500%까지의 파단시 신도. 이들 특성은 다음과 같은 사출 성형 및 유사한 종류의 방법에 유용한 다수의 물질에 가능하다: 폴리카보네이트, 폴리설폰, 나일론, 에틸렌 공중합체, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리에테르-폴리에스테르 공중합체, 아크릴 중합체, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌 공중합체, 폴리에틸렌 이민, 폴리우레탄, 폴리에테르 설폰, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤 등 및 이들의 광화학적 반응성 유도체.

촉매는 빈번하게 중합 반응 시간, 특히 겔 시간 및 이형 시간을 감소시키는 데에 필수적이다. 그러나 반응이 너무 빠른 경우, 물질은 주형을 완전히 충전시키기 전에 고화되거나 겔화될 수 있다. 겔 시간은 바람직하게는 약 0.5초 내지 60분의 범위, 더욱 바람직하게는 약 1초 내지 약 10분의 범위, 더욱 더 바람직하게는 약 2초 내지 5분의 범위이다.

바람직한 촉매는 전이 금속, 특히 아연, 구리, 니켈, 코발트, 텅스텐, 크롬, 망간, 철, 주석 또는 납이 전혀 없다. 우레탄 초기중합체 시스템과 함께 사용하기에 가장 바람직한 촉매는 3급 아민(예: 디아조-비사이클로옥탄)을 포함한다. 다른 유용한 촉매는 선택된 특정 반응 화학에 따라서 유기산, 1급 아민 및 2급 아민을 포함한다.

적당한 표면 장력을 나타내고 연마 패드 및/또는 연마 매트릭스의 연마 층에 사용가능한 중합체 물질의 예는 다음과 같다:

중합체 종류 대표적 표면 장력

폴리부타디엔 31

폴리에틸렌 31

폴리스티렌 33

폴리프로필렌 34

폴리에스테르 39-42

폴리아크릴아미드 35-40

폴리비닐 알콜 37

폴리메틸 메타크릴레이트 39

폴리비닐 클로라이드 39

폴리설폰 41

나일론 6 42

폴리우레탄 45

폴리카보네이트 45

폴리테트라플루오로에틸렌 19

패드 물질은 일반적으로 34mN/m 이상, 더욱 바람직하게는 37mN/m 이상, 가장 바람직하게는 40mN/m 이상의 임계 표면 장력을 제공하는 친수성이다. 임계 표면 장력은 액체가 0°를 초과하는 접촉각을 갖고 또한 여전히 나타낼 수 있는 최저 표면 장력을 표시함으로써 고체 표면의 습윤성을 정의한다. 따라서, 임계 표면 장력이 더욱 높은 중합체가 더욱 용이하게 습윤성이며, 따라서 더욱 친수성이다.

한 양태에서, 패드 매트릭스는 다음 종류의 중합체로부터 유도된다:

1. 아크릴레이트화 우레탄;

2. 아크릴레이트화 에폭시;

3. 카복실, 벤질 또는 아미드 관능기를 갖는 에틸렌계 불포화 유기 화합물;

4. 불포화 카보닐 측기를 갖는 아미노플라스트 유도체;

5. 하나 이상의 아크릴레이트 측기를 갖는 이소시아네이트 유도체;

6. 비닐 에테르;

7. 우레탄;

8. 우레아-우레탄;

9. 폴리아크릴아미드;

10. 에틸렌/에스테르 공중합체 또는 이의 산 유도체;

11. 폴리비닐 알콜;

12. 폴리메틸 메타크릴레이트;

13. 폴리설폰;

14. 폴리아미드;

15. 폴리카보네이트;

16. 폴리비닐 클로라이드;

17. 에폭시;

18. 상기 중합체의 공중합체; 또는

19. 이의 배합물.

유용한 패드 물질은 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리설폰, 폴리비닐 클로라이드, 폴리아크릴레이트, 폴리메타크릴레이트, 폴리비닐 알콜, 폴리에스테르 또는 폴리아크릴아미드 부분을 포함한다. 다층 패드에서, 하나 이상의 기저 층이 제공될 수 있으며, 이들 기저 층은 다공성 또는 비다공성, 비다공성 표면 부분이 통합될 수 있다. 일반적으로, 다공성 기저 층은 섬유 강화물질을 갖는다. 기저 층(들)은 표면 층의 제조에 사용되는 중합체와 동일한 종류의 중합체로부터 제조될 수 있다. 기저 층 중합체는 표면 층 물질에 비하여 낮거나 높은 요곡 모듈러스를 가질 수 있다. 표면 중합체는 또한, 기저 층 중합체 이외에 다른 종류로 된 것이며, 기저 층 또는 하나 이상의 기저 층이 제공된 기저 층의 복합재의 요곡 모듈러스보다 10% 이상 높은 요곡 모듈러스를 가질 수 있다. 다층 또는 일층 중합체 연마 패드는 성능을 향상시키는 기본 패드와 함께 사용될 수 있다. 일반적으로, 기본 패드 또는 하부 패드는 중합체 물질로 함침된 포움 시이트 또는 펠트로부터 성형될 수 있다.

한 양태에서, 연마 패드의 연마 층은 다음을 포함할 수 있다: 1. 연마 동안에 가소성 유동을 견디는 다수의 경질 영역; 및 2. 연마 동안에 가소성 유동에 덜 내성인 다수의 덜 경질인 영역. 이러한 특성의 조합은 실리콘 및 금속의 연마에 특히 유리한 것으로 밝혀진 이중 메커니즘을 제공한다. 경질 영역은 연마 층의 돌출부가 연마되는 기판의 표면과 정밀하게 연동되게 하는 경향이 있는 한편, 연질 영역은 연마 층의 돌출부 및 연마되는 기판 표면 사이의 연마 상호작용을 개선시키는 경향이 있다.

경질 및 연질 세그먼트를 갖는 다른 중합체가 적합할 수 있으며, 이는 에틸렌 공중합체, 코폴리에스테르, 블록 공중합체, 폴리설폰 공중합체 및 아크릴 공중합체를 포함한다. 패드 물질 내에 경질 및 연질 영역이 또한, 다음에 의해 형성될 수 있다: 1. 중합체 골격을 따른 경질(벤젠 환 함유) 및 연질(에틸렌 함유) 세그먼트에 의해; 2. 패드 물질 내에 결정성 영역 및 비결정성 영역에 의해; 3. 경질(폴리설폰) 중합체와 연질(에틸렌 공중합체, 아크릴 공중합체) 중합체의 합금에 의해; 또는 4. 중합체와 유기 또는 무기 충전제의 배합에 의해. 이러한 조성물은 공중합체, 중합체 조직망이 내부 침투된 중합체 블렌드 등을 포함한다.

다른 양태에서, 연마 패드 층은 충전 또는 비충전시켜 공극 용적 비율 또는 다공도를 조절할 수 있다. 바람직한 충전제는 다음을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다: 연마 입자, 가스, 유체, 중합체 화학에 일반적으로 사용되는 충전제, 및 연마 성능을 과도하게 간섭하지 않는 경우, 무기 물질(예: 탄산칼슘). 바람직한 연마 입자는 다음을 포함하지만, 이로 제한되지 않는다: 단독의 또는 패드 물질의 연속 상으로부터 분리된 취약성 매트릭스에 내부분산된, 알루미나, 세리아, 실리카, 티타니아, 게르마니아, 다이아몬드, 탄화규소 또는 이들의 혼합물. 폴리우레탄계 패드에 대해, 공극 용적 분획()은 다음 식을 사용하여 계산한다:

= (σ_PU- σ_IC)/(σ_PU- σ_f)

상기 식에서,

σ_PU는 폴리우레탄/충전제 혼합물의 밀도(g/cm³)이고,

σ_IC는 다공성 폴리우레탄 표준의 밀도(g/cm³)이고,

σ_f는 충전제 물질의 밀도(g/cm³)이다.

연마 패드는 목적하는 최초 게이지 두께로 성형되거나 소정의 게이지 두께의 증점제 성형된 부분으로부터 기계 가공되거나 연마될 수 있다. 한 양태에 따라서, 패드는 예비 조직화에 기인하는 표면의 특정 손실을 제외하고는, 전체 치수의 추가 감소를 필요로 하지 않는 두께로 성형된다. 본 발명의 패드는 다음과 같은, 그러나 이로 제한되지 않는 다수의 중합체 가공 방법 중의 하나에 의해 제조될 수 있다: 주조, 압축성형, 사출 성형(반응 사출 성형을 포함), 압출, 웹-코팅, 광중합, 인쇄(잉크-제트 및 스크린 인쇄를 포함), 소결 등.

한 양태에서, 본 발명의 패드는 층이 추가로 상층 및 하층으로 구성된 층을 포함한다. 중합체 물질로부터 제조된 상층은 인쇄 또는 광-영상화에 의해 하층 위에 부착될 수 있다. 하층은 무기(예: 세라믹) 물질로부터 제조될 수 있다. 미세 조직 및 육안 조직은 화학 에칭, 소결, 퍼로잉(furrowing) 등에 의해 상층에 제공될 수 있다.

앞에서 논의된 바와 같이, 본 발명의 연마 패드는 또한 바람직하게는 중합체(들)의 융점 이하의 온도에서 열가소성 중합체 분말의 고압 소결로부터 유도될 수 있다. 소결은 바람직하게는 정확한 형상의 주형에서 수행하여 균질하고 연속적으로 상호연결된 다공성 표면을 갖는 비조밀화, 다공성 물질을 제공한다. 열가소성 중합체는 일반적으로 점탄성이며, 이의 온도/점도 거동은 복잡할 수 있다. 광범위한 온도 범위에 걸친 중합체 거동은 세가지 기본 영역으로 분류될 수 있다. 저온에서, 중합체는 유리질의 취약한 고체처럼 거동하여 현저한 탄성 거동을 나타낸다. 이 영역에 대한 상부 온도 경계는 빈번하게 유리 전이 온도 또는 "Tg"로 언급한다. Tg 이상이지만, 중합체의 융점 이하에서, 점성 특성은 더욱 중요하게 되며, 중합체는 점성 및 탄성 효과를 둘다 나타낸다. 이 영역에서, 중합체는 응력이 적용되는 경우, 상당히 변형될 수 있다. 그러나 응력이 제거되는 경우, 완전 회수는 중합체의 분자 구조의 영구 이동 및 전위에 기인하여 일어나지 않을 수 있다. 융점 이상에서, 중합체는 또한 점성 액체처럼 거동하는 경향이 있으며, 일반적으로 응력이 적용되는 경우, 영구 변형을 나타낸다. 중합체의 융점 이상에서, 급속한 액체 소결은 소결 공정을 조절하기 곤란하게 만드는데, 이는 특히 정확하게 조절되고 균일한 기공 구조가 요구되기 때문이다. 추가로, 융점 이상에서, 열 구배는 소결 속도의 변화를 유발하는 경향이 있고, 최종 제품에서 불균일 기공 구조를 유발할 수 있다.

연마 패드는 열가소성 중합체의 분말 압분체를 유리 전이 온도 이상이지만 중합체의 융점을 초과하는 온도에서 가압 소결시켜 제조할 수 있다. 소결 공정은 100psi를 초과하는 압력에서 목적하는 최종 패드 치수를 갖는 주형에서 수행된다. 한 양태에서, 두가지 중합체의 혼합물이 사용되며, 여기에서 한가지 중합체는 다른 것보다 낮은 융점을 갖는다. 혼합물이 저융점 분말의 융점을 초과하지 않는 온도에서 가압 소결되는 경우, 고융점 중합체 성분의 혼입에 의해 제공된 증가된 가연성은 소결된 생성물에 개선된 기계 강도를 제공한다. 더욱 상세한 설명은 본원에서 참조로 인용된 미국 특허 제6,017,265호에서 발견될 수 있다. 소결 조건 및 주형 표면을 조절하여 연마 패드 표면에 목적하는 미세 조직을 생성시킬 수 있다.

연마 패드의 한 양태에서, 연마 표면은 육안 조직 뿐만 아니라 미세 조직을 갖는다. 육안 조직은 패드 두께를 통한 구멍 또는 표면 홈 디자인일 수 있다. 이러한 표면 홈 디자인은 동심 또는 나선형 홈일 수 있는 원형 홈, 패드 표면을 횡단하는 X-Y 격자로 배열된 그물눈 패턴, 다른 규칙적 디자인(예: 육변형, 삼각형 및 타이어-트레드형 패턴) 또는 불규칙 디자인(예: 형상이 확정되지 않은 패턴) 또는 이의 배합을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 홈 윤곽은 직선 측벽을 갖는 장방형이거나 홈 횡단면은 "V"형, "U"형, 삼각형, 톱니 등일 수 있다. 또한, 원형 디자인의 기하 중심은 패드의 기하 중심과 일치하거나 상쇄될 수 있다. 또한, 홈 디자인은 패드 표면을 횡단하여 변할 수 있다. 디자인의 선택은 연마되는 물질 및 연마기의 종류에 따라 다른데, 상이한 연마기는 상이한 크기 및 형상 패드를 사용하기 때문이다(즉, 원형 대 벨트). 홈 디자인은 특정 적용을 위해 설계될 수 있다. 일반적으로, 이들 홈 디자인은 하나 이상의 홈을 포함한다. 또한, 연마 패드 상의 홈은 무작위로 또는 앞에서 기술된, 특정 디자인 또는 패턴에 따라 제공될 수 있다.

일반적 홈 패턴은 약 0.075 내지 약 3mm(더욱 바람직하게는 약 0.3 내지 약 1.3mm, 가장 바람직하게는 약 0.4 내지 1mm) 범위의 홈 깊이; 약 0.125 내지 약 150mm(더욱 바람직하게는 약 0.75 내지 약 5mm, 가장 바람직하게는 약 1 내지 약2mm) 범위의 홈 폭; 및 약 0.5 내지 약 150mm(더욱 바람직하게는 약 3 내지 약 15mm, 가장 바람직하게는 약 10 내지 약 15mm) 범위의 홈 피치를 갖는다. 홈 피치의 하한은 약 0.5mm이다. 이 한계 이하에서 홈은 만들기 곤란하고 시간 소모성이다. 추가로, 0.5mm의 홈 피치 이하에서, 홈 사이의 돌출 표면(지역 면적)의 구조적 완전성은 감소하며, 미세 조직의 적용 동안에 편향되거나 변형되는 경향이 있다.

바람직하게는 육안 조직 특징(또는 홈)은 내부 성형 다이 표면으로 기계 가공된 예비 선택 디자인 패턴에 의해 정의된 주형 캐비티에 의해 형성된다. 또는, 목적하는 육안 조직 특징은 이렇게 성형되거나 연마된 패드로 에칭 또는 절삭시켜(선반 또는 밀링 기계를 사용) 선택된 홈 패턴을 형성시킬 수 있다. 또는, 광-영상화와 함께 화학 에칭과 같은 기술을 또한 사용하여 홈을 형성시킬 수 있다. 목적하는 디자인 조직의 홈은 일반적으로 본 발명에 따른 미세 조직을 형성시키는 제조 단계에서 패드에 존재한다.

표면 조직은 성형 처리 동안에 성형된 연마 패드에 제공될 수 있다. 따라서, 조직은 다른 평활한 성형물 표면 상의 도막에 또는 성형물 표면을 변형시켜 제공될 수 있다.

성형물 표면은 다음 수단에 의해 변형될 수 있다:

1. 성형물 표면을 그릿 블래스팅(grit blasting)에 의해 미세 기계가공하며, 여기에서 그릿은 모래, 유리 비드 등을 포함한다. 그릿 크기는 특정하게 선택하여 목적하는 조직이 수득되도록 한다. 그릿 크기는 바람직하게는 1 내지 500μ의 범위, 더욱 바람직하게는 10 내지 100μ의 범위이다.

2. 성형물 표면은 선반, 밀링기 등을 거쳐 미세 기계가공한다. 성형물 표면은 또한, 도포하여 목적하는 조직이 연마 패드 표면에 확실히 제공되도록 한다. 이의 수행에 유용한 많은 기술은 다음과 같다:

1. 성형물 표면에 미세 조직을 증가시키는 균질한 도막의 수차례 적용.

2. 성형물 표면에 목적하는 구조를 형성시키는 입자를 사용하여 다성분 도포.

3. 다단계 도포 공정(여기에서, 목적하는 구조를 형성시키는 입자를 함유하는 최초 도포를 적용하고, 이후에 이형제로서 사용되는 공형 도포).

본 발명에 따른 표면 미세 조직은 더욱 바람직하게는 패드 표면의 직접 변화에 의해 연마 패드에 제공된다. 본 발명에 있어서, 절삭 도구는 기계적 수단{예: 절삭 또는 변형, 화학적 수단(예: 에칭, 레이저 제거와 같은 방사선 기술)}을 언급한다. 따라서, 절삭은 표면으로부터, 다음을 포함하지만 이로 제한되지 않는 수단에 의한 물질 제거를 언급한다: 블레이드의 직접 적용, 선반 비트, 밀링 절삭기, 라우터, 파일, 강판, 와이어 브러시(숫돌차 또는 컵), 분쇄석, 또는 금속, 세라믹, 중합체, 헝겊 또는 종이로부터 제조된 도구, 이들의 표면은 연마재(다이아몬드 입자, 탄화규소 입자, 강옥 입자, 석영 입자 등)로 함침된다. 절삭은 또한, 다음을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 변화되는 표면에 물질의 충격에 의한 표면으로부터의 물질 제거를 언급한다: 샌드 블래스팅, 비드 블래스팅, 그릿 블래스팅, 고압유체(예: 물, 기름, 공기 등) 또는 이들의 병용. 가소성 변형은 엠보싱, 캘린더링 또는 퍼로잉을 포함하지만 이로 제한되지 않는, 실질적 물질 제거에 의해 수반되거나 수반되지 않는 수단에 의한 표면의 영구 변화를 언급한다.

중합체 연마 패드의 표면을 기계적으로 변화시키기에 바람직한 방법은 다음의 사용을 통한 것이다:

(1) 단일점 도구(예: 선반 비트, 밀링 절삭기 등): (다수의 톱니모양 선반 비트, 다수 말단 밀링 도구 등은 본 발명에 있어서 단일점 도구로 고려되는데, 이들은 변화되는 표면과 접촉하는 적은 고정 지점 수를 갖기 때문임을 주의).

(2) 다점 도구(예: 와이어 브러시(숫돌차 또는 컵), 표면이 연마재, 분쇄석, 강판, 벨트 샌더 등으로 함침된 물질): (본 발명에 있어서 다점 도구는 변화되는 표면과 접촉하는 다수의 분포 지점을 가짐을 주의).

(3) 동시에 또는 순차적으로 사용되는, 상기 (1) 및 (2)의 병용.

상기 방법에 의해 형성된 미세 조직은 (a) 물질 제거(표면의 절삭, 인열 또는 퍼로잉) 및 (b) 물질 제거에 수반되는 표면의 가소성 변형(예: 퍼로잉) 또는 물질 제거에 수반되지 않는 표면의 가소성 변형(예: 엠보싱)의 병용에 의해 형성되는 것으로 보인다. 모든 방법에서 최소한 2μm 깊이의 연마 패드 표면(연마 층)을 제거하거나 변화시켜 미세 조직을 제공하는 것이 중요하다.

한 양태에서, 방법(1)에 의해 형성된 미세 조직은 일반적 설계의 단일점 고속 절삭 도구를 사용한다. 도 2는 단일점 일반적 설계의 고속 절삭 도구의 개략도이다. 도구의 절삭 말단은 궁형으로 존재하며, 이의 바람직한 반경은 0.2 내지500mm이다. 특정 미세 조직은 도구의 경사각 및 클리어런스 각을 변화시켜 수득할 수 있다: 바람직한 경사각은 0 내지 60°이며, 바람직한 클리어런스 각은 0 내지 60°이다. 바람직한 양태에서, 절삭 도구는 패드의 표면을 횡단하여 선형으로 이동하는 반면, 패드는 회전한다. 피크 대 골 높이, h는 도구의 반경, r, 및 회전하는 경우, 패드를 횡단하는 도구의 공급 속도, FR(FR은 패드의 회전에 대해 운행되는 거리에 의해 특정된다)의 조합에 의해 제어된다.

이 기술은 현저하게 주름 잡힌 조직을 형성한다. 주름은 동심원 단일 나선 또는 중복 나선일 수 있으며, 패턴은 패드 또는 이의 배합물 위에 중심이 있거나 없을 수 있다. 조직은 깊이가 모두 동일한 주름 또는 여러 깊이로 형성될 수 있다.

다른 양태에서, 방법(2)에 의해 형성된 미세 조직은 원반형, 다점 다이아몬드-함침된 연마 도구를 사용한다. 도 2에 도시된 절삭 도구는 성형되어 40 내지 400 메쉬 크기 범위의 블록형 다이아몬드 그릿을 함유하는 다점 연마 표면을 제공할 수 있으며, 여기에서 연마 표면은 외부 직경이 10cm인 1cm 폭 고리이다. 다이아몬드 함침된 도구는 특별히 주문할 수 있다(제조원: 미국 애리조나주 휘닉스 소재의 Mandall Armor Design and Mfg., Inc.).

연마 입자 크기 및 분포에 따라서, 한정된 미세 조직을 수득하는, 패드 표면 온도 및 중합체의 고유 경도는 예비 처리된 패드 표면 및 도구가 패드에 적용되는 압력에 비례하는 도구의 속도에 따라 다르다. 한 양태에서, 0 내지 100 범위의,도구 대 패드 표면 속도의 일정한 비가 제공된다.

표면 처리 방법을 적용하기 전에, 선행 기술의 이렇게 제조된 성형된 중합체 패드의 표면은 필수적으로 평활하고, 도 3에 도시된 바와 같이 미세 조직이 전혀 없다. 방법(1)에 의해 형성된 표면 조직은 도 4에 도시된 바와 같이, 연마 표면 전체에 걸쳐 피크(또한, 본원에서 돌출부로 언급) 및 골(또한, 본원에서 함입부로 언급)의 일정하고 적합하게 정의된 세트를 함유한다. 방법(2)에 의해 형성된 표면 조직은 도 5에 도시된 바와 같이, 연마 표면 전체에 걸쳐 무작위로 성형되고 크기를 갖는 피크 및 골의 통계학적으로 일정한 분포를 함유한다.

미세 조직은 연마 패드의 표면(또는 연마 층)에 및 표면 위에 일정하게 형성된다. 적합한 미세 조직을 갖고, 개선된 브레이크-인 시간을 초래하는, 이렇게 제조된 패드의 표면은 다음과 같이 특징지워진다:

평균 산술 표면 조도(Ra), 0.01 내지 25μm;

평균 피크 대 골 조도(Rtm), 2 내지 40μm;

코어 조도 깊이(Rk), 1 내지 10;

환산된 피크 높이(Rpk), 0.1 내지 5;

환산된 골 높이(Rvk), 0.1 내지 10; 및

본 발명에 따라서 생성된 미세 조직을 갖는 패드는 슬러리 또는 연마제-유리된 슬러리를 함유하는 통상적인 연마제를 사용하는 연마에 사용할 수 있다. 연마 유체라는 용어는 본원에서 사용되어 여러 종류의 슬러리를 포함한다. 연마제 유리된 슬러리는 또한, 반응성 액체로 언급한다. 바람직한 연마 입자는 알루미나, 세리아, 실리카, 티타니아, 게르마니아, 다이아몬드, 탄화규소 또는 이들의 혼합물을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 반응성 액체는 또한, 산화제, 연마되는 기판의 용해성을 증진시키는 화학물질(킬레이트제 또는 착화제를 포함) 및 계면활성제를 함유할 수 있다. 연마제를 함유하는 슬러리는 또한, 연마 입자를 현탁액에 유지시키는 유기 중합체와 같은 첨가제를 갖는다.

화학-기계적 연마와 연관된 한가지 문제는 기판(예: 웨이퍼)이 목적하는 편평도로 연마된 경우를 측정하는 것이다. 연마 종점을 측정하는 통상적 방법은 연마 처리를 중지하고 웨이퍼를 연마 장치로부터 제거하여 치수 특성을 측정할 수 있도록 하는 것을 필요로 한다. 처리의 중지는 웨이퍼 제조의 속도에 영향을 준다. 또한, 중요한 웨이퍼 치수가 규정된 최소치 이하로 밝혀진 경우, 웨이퍼는 사용할 수 없으며, 이에 의해 높은 스크랩 속도 및 제조 비용을 유도한다. 따라서, 연마 종점의 측정은 화학-기계적 연마에 중요하다.

본 발명의 연마 패드의 제조에 사용되는 중합체 물질은 중합체 물질이 불투명한 영역 및 중합체 물질이 투명한 인접 영역을 함유할 수 있다. 연마 패드의 투명 영역은 연마 패드를 통과하는 연마 종점 검출에 사용되는 입사 방사선에 충분히 투과성이다.

종점 검출을 위한 일체 윈도우를 사용하여 연마 패드를 제조하기에 적합한중합체 물질의 종류는 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론 및 폴리에스테르를 포함하며, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리에테르 설폰, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로부터 투명한 윈도우를 제조할 수 있다.

동일한 연마 패드 내의 투명 영역 및 불투명 영역은 하나의 반결정성 열가소성 물질, 열가소성 물질 및/또는 반응성 열경화성 중합체의 블렌드에 의해 제조할 수 있다. 이러한 연마 패드를 제조하는 한가지 방법은 유동성 중합체 물질이 투명한 성형이다. 유동성 중합체 물질의 급속 냉각에 의해 경화된 투명 중합체 물질이 생성된다. 유동성 중합체 물질의 완만한 냉각에 의해 불투명 중합체 물질이 생성된다. 반결정성 열가소성 중합체는 액체 상인 경우, 일반적으로 투명하지만, 경화 후에 불투명하게 되는데, 이들은 결정성 및 무정형 상을 둘다 함유하고, 결정성 상은 중합체를 불투명하게 만드는 광-산란을 유발하기 때문이다. 결정화는 중합체의 융점(T_melt) 및 유리 전이 온도(T_g) 사이의 온도(이들은 각각 상부 및 하부 결정화 온도이다)에서 일어난다. 반결정성 중합체가 T_melt이상의 온도에서 T_g이하의 온도로 급속하게 냉각되는 경우, 결정화는 최소화될 수 있으며, 중합체는 무정형 및 투명한 채로 유지된다. 또는, 결정화는 급속 냉각에 의해 조절하여 광을 산란시키기에 너무 작은 크기로 수득된 미소 결정을 유지시키며, 이에 의해 중합체가 투명하게 유지된다.

패드의 제조에 적합한 다른 종류의 중합체 물질은 두가지 열가소성 중합체의블렌드를 포함한다. 다시 성형물의 상이한 영역에서 냉각 속도를 조절하여 불투명도를 조절할 수 있다. 중합체 블렌드는 일반적으로 이들이 혼화성(단일 상 및 투명) 또는 비혼화성(비상용성 및 불투명)인 온도 범위를 갖는다. 이러한 시스템의 예는 폴리(페닐렌 옥사이드)-폴리스티렌 블렌드이다. 이들 두가지 중합체는 승온에서 완전 혼화성이다. 블렌드의 완만한 냉각은 상 분리 및 불투명성 발현을 허용한다. 그러나 급속 냉각은 투명한 단일 상 구조를 동결시킨다. 투명이란, 적어도 광선이 연마 패드의 표면에 실질적으로 정상적인 입사각으로 존재하는 경우, 중합체 물질이 적외선 내지 자외선 범위의 특정 파장을 갖는 입사 광선에 20% 이상 정도의 투과도를 나타냄을 의미한다. 투명 영역은 완전히 투과성일 필요가 없으며, 특히 투명 영역의 표면 마감에 기인하는, 입사광의 약간 산란은 허용되는 것임을 이해한다.

다른 적합한 종류의 중합체 물질은 상 분리된 미소 영역을 형성하는, 반응성 열경화성 중합체를 포함한다. 이러한 중합체는 이소시아네이트와 혼합되고 반응하는 폴리올 및 폴리아민을 포함한다.

일체의 투명 윈도우를 갖는 원피이스 제품으로서 성형된 연마 패드는 제조 단계 및 관련 비용을 감소시킨다. 윈도우 주위에서 슬러리 누출 가능성은 제거된다. 윈도우는 연마 표면과 함께 동일 평면이어서 윈도우의 표면이 연마에 참여할 수 있게 된다. 윈도우는 패드의 나머지와 동일한 중합체 제형으로부터 제조되므로, 윈도우는 패드와 동일한 물리적 특성을 갖는다. 따라서, 윈도우는 패드와 동일한 조절 및 연마 특성 및 가수분해 안정성을 갖는다. 또한, 패드 및 윈도우 사이의 열 팽창 부조화가 방지된다. 추가의 상세한 설명은 본원에서 참조로 인용된 미국 특허공보 제5,605,760호에서 발견할 수 있다.

본 발명의 패드는 기판의 표면의 연마에 사용할 수 있다(공작품). 연마 사용에서, 패드는 연마 장치로 공작품의 설치 및 고정을 위한 설치 수단으로서 유지 또는 보유 장치가 장착된 연마 장치 위에 설치된다. 별도의 수단이 본원에서 기술된 연마 패드를 연마 장치에 고정시키기 위해 제공된다. 공작품 및/또는 패드를 서로에 대해, 공작품에 압축력을 적용하고 유지시켜 이를 연마 패드에 대해 유지시키는 수단을 따라 이동시키는 구동 수단이 제공된다. 공작품 설치 수단은 클램프, 클램프 세트, 공작품 및 연마 장치에 부착가능한 설치 프레임; 진공 펌프에 연결되어 연마 패드를 유지시키는 관통부가 장치된 가압판; 또는 연마 패드를 가압판 및 공작품 위에서 캐리어에 유지시키는 접착 층을 포함하지만, 이로 제한되지는 않는다. 연마는 패드의 연마 표면에 대해 연마되는 기판에 바이어스 걸기(biasing), 및 연마 입자 및 다른 화학물질(착화제, 계면활성제 등)의 존재하에 및 부재하에 제품 및 연마 패드 사이에서 연마 유체의 적용을 포함한다. 연마는 연마 패드에 대한 기판의 측면 운동에 의해 수행된다. 운동은 선형 또는 원형 또는 이들의 병행일 수 있다. 연마 패드 표면에 제공된 최초 미세 조직은 패드의 연마 사용 동안에 필요한 경우, 연마 장치에 설치된, 미세 조직을 형성하는 기계적 수단에 의해 재생될 수 있다. 기계적 수단은 일반적으로 100-그릿 조절 디스크(제조원: Abrasive Technology, Inc.)이다. 미세 조직 재조절 단계는 바람직하게는 연마 공정 동안의 간격에, 패드에 대해 기판을 적용하는 단계 동안에 또는 더욱 바람직하게는 기판이 패드로부터 이탈되는 경우의 간격에 수행된다. (미세 조직을 재생시키는) 패드 표면을 재조절하는 수단이 장착된 적합한 연마 장치가 미국 특허 제5,990,010호에 기술되어 있다. 본 발명의 연마 패드에 제공된 일체 윈도우를 통한 종점 검출을 사용하여 기판이 목적하는 편평도를 수득하는 경우, 연마가 종결될 수 있다.

실시예 1 - 이전에 공지된 패드

미국 특허공보 제6,022,268호의 실시예 1에 따라 제조된, 직경 24in. x 두께 0.052in.의 연마 패드를 시험한다. 이 패드는 이전에 공지된 선행 기술에 따라 제조된, 비예비 조절 고체 중합체 연마 패드의 전형이다.

패드는 0.38mm의 깊이, 0.25mm의 홈 폭 및 0.51mm의 지역 폭(홈 사이의 돌출 패드 표면)을 갖는 동심원 홈으로 이루어진 성형된 육안 조직을 함유한다. 패드는 일련의 열 산화물(TOX) 실리콘 웨이퍼를 AMAT Mirra 연마기(제조원: Applied Materials, Inc.)를 사용하여 연마 슬러리로서 ILD 1300으로 연마하는 데에 사용한다. ILD 1300은 입수가능한 콜로이드성 실리카 연마 슬러리이다(제조원: 미국 델라웨어주 뉴웍 소재의 Rodel, Inc.).

사용된 연마 조건은 다음과 같다: 압력 4psi; 가압판 속도 93rpm; 캐리어 속도 87rpm; 및 슬러리 유속 150ml/분. 제거 속도를 연마 동안에 모니터하고, 누적된 연마 시간에 대하여 도 6에 플롯팅한다. 최초 연마 제거 속도는 약 1,500Å/분이며, 40분의 연마 시간 후에 2,000Å/분의 지속 상태 값을 수득한다.

실시예 2 - 본 발명의 패드

실시예 1과 동일하게 제조된 이전에 공지된 패드는 미세 조직을 패드 표면에 제공함으로써 추가로 가공한다. 미세 조직은 표준 비트 홀더에 설치된, 0.5mm의 절삭 표면 방향에 정상적인 말단 반경, 15°의 경사각 및 5°의 클리어런스 각을 사용하여 고속 도구 스틸로부터 제조된 Ikegai, Model AX10N 선반 및 선반 비트를 사용하여 형성시킨다. 도구는 패드 표면에 0.013mm의 절삭 깊이로 적용하고, 적도를 따라 패드 표면을 횡단하여 선형로 상에서 일회 통과로 이동한다. 속도 조절기는 패드의 회전 속도가 6m/분의 패드에 대한 일정 도구 속도를 (방위 방향으로) 유지하도록 조절한다. 절삭 부스러기는 3.5 HP Sears Craftsman Wet/Dry Vacuum을 사용하여 제거한다.

거대홈 사이에서, 돌출 표면의 미세 조직은 ZYGO New View 5000, 10X 대물 렌즈, 1X 줌 렌즈 및 200X의 배율을 갖는 백색광 간섭계를 사용하여 패드를 예비 처리한 후 측정한다. 패드 샘플 상의 주사 면적은 250mm²(500μm x 500μm)이다.

본 실시예의 연마 패드의 표면 특성은 다음과 같다:

1.6μm의 평균 산술 표면 조도(Ra);

6.3μm의 평균 피크 대 골 조도(Rtm);

2.7μm의 코어 조도 깊이(Rk);

0.97μm의 환산된 피크 높이(Rpk);

1.8μm의 환산된 골 높이(Rvk); 및

0.023의, 표면적 비로서 나타낸 피크 밀도(R_SA), ([표면적/(면적-1)].

이 실험 동안에 연마 조건은 실시예 1과 동일하다. 제거 속도는 다시 연마 동안에 연마 시간의 함수로서 모니터한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 최초 제거 속도는 약 1,430Å/분이고, 20분의 누적된 연마 시간 후에 2,000Å/분의 지속 상태 값에 도달한다. 따라서, 본 발명의 패드는 브레이크-인 시간의 50% 감소, 즉 안정한 제거 속도를 수득하는 데에 필요한 연마 시간의 50% 감소를 초래한다.

실시예 3 - 본 발명의 패드

실시예 1과 동일하게 제조된 선행 기술 패드는 패드 표면에 미세 조직을 제공함으로써 추가로 가공한다. Ikegai, Model AX10N 선반을 본 실험에 사용한다. 미세 조직은 공기식 압력 실린더에 유효하게 연결된 별도의 이동가능한 회전 척 상에 설치된, 외부 1cm가 80/100 메쉬 다이아몬드 그릿으로 함침된 10.16cm 직경 스테인레스 스틸 디스크를 사용하여 형성시킨다. 선반 및 디스크 조립품은 2.5 대 1의, 도구 및 패드 사이에서 속도의 일정 비를 유지하도록 예비 설정된, 컴퓨터로 처리된 속도 조절기로 연결시킨다. 도구는 138kPa의 일정 압력을 사용하여 패드 표면에 적용하고, 적도를 따라 패드 표면을 횡단하여 선형로 상에서 1회 통과로 이동한다. 속도 조절기는 패드의 회전 속도를 연속적으로 조절하고, 따라서 디스크가 패드의 중심에 접근하면서 더욱 느린 패드 속도 및 디스크가 패드 중심으로부터 외향 이동하면서 증가하는 속도를 보상하여 일정 비를 유지시킨다. 주위 공기의 스트림은 회전 패드 상에서 냉각 수단으로서 지시된다. 절삭 부스러기는 3.5 HP Sears Craftsman Wet/Dry Vacuum을 사용하여 제거한다.

거대홈 사이에서, 돌출 표면의 미세 조직은 ZYGO New View 5000, 10X 대물렌즈, 1X 줌 렌즈 및 200X의 배율을 갖는 백색광 간섭계를 사용하여 패드를 예비 처리한 후 측정한다. 패드 샘플 상의 주사 면적은 250mm²(500μm x 500μm)이다.

본 발명의 연마 패드의 표면 특성은 다음과 같다:

1.9μm의 평균 산술 표면 조도(Ra);

17.1μm의 평균 피크 대 골 조도(Rtm);

4.2μm의 코어 조도 깊이(Rk);

2.9μm의 환산된 피크 높이(Rpk);

3.6μm의 환산된 골 높이(Rvk); 및

0.265의, 표면적 비로서 나타낸 피크 밀도(R_SA), ([표면적/(면적-1)].

Claims

다음 사항들을 특징으로 하는 미세 조직이 연마 표면에 존재하는 층을 포함하는 연마 패드(polishing pad).

지표면 조도(Ra) 약 0.01 내지 약 25μm,

피크 대 골 조도(Rtm) 약 2 내지 약 40μm,

코어 조도 깊이(Rk) 약 1 내지 약 10,

환산된 피크 높이(Rpk) 약 0.1 내지 약 5,

환산된 골 높이(Rvk) 약 0.1 내지 10 및

피크 밀도(R_Sa) 약 0.001 내지 약 2.0.
제1항에 있어서, 층이 유기 물질의 성형 또는 소결에 의해 생성되는 연마 패드.
제2항에 있어서, 미세 조직이 화학 에칭, 광-영상화 또는 이들의 병용에 의해 형성되는 연마 패드.
제1항에 있어서, 층이 하층 위에 유기 상층을 추가로 포함하고, 상층이 인쇄 또는 광-영상화에 의해 하층에 부착되는 연마 패드.
제1항에 있어서, 패드가 성형된 벨트 구조를 갖는 연마 패드.
제1항에 있어서, 유기 물질이 열가소성 물질, 열경화성 물질 또는 이들의 배합물로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 연마 패드.
제1항에 있어서, 유기 물질이 폴리우레탄, 폴리우레아-우레탄, 폴리카보네이트, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트 및 폴리에스테르로 이루어진 그룹으로부터 선택된 중합체인 연마 패드.
제1항에 있어서, 중합체 층의 공극 용적율이 약 0 내지 20%의 범위인 연마 패드.
제1항에 있어서, 중합체 층이 투명 영역과 불투명 영역을 갖는 연마 패드.