KR20060057506A - 줄무늬가 감소한 화학적 기계적 연마 패드를 형성하는 방법 - Google Patents

줄무늬가 감소한 화학적 기계적 연마 패드를 형성하는 방법 Download PDF

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에이치. 사이킨 앨런
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Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마 패드를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계 및 저장 사일로에 마이크로스피어들을 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은, 경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 상기 폴리머 물질들 및 마이크로스피어들을 예비 혼합 프렙 탱크에 전달하는 단계 및 상기 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키는 단계를 더 포함한다. 또한, 상기 방법은, 상기 예비-혼합물을 예비 혼합 런 탱크에 전달하는 단계, 상기 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 더 제공한다.
화학적 기계적 연마, 연마 패드, 줄무늬

Description

줄무늬가 감소한 화학적 기계적 연마 패드를 형성하는 방법{METHOD FOR FORMING A STRIATION REDUCED CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD}
도 1은 줄무늬가 감소한 본 발명의 연마 패드를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 연마 패드를 형성하기 위한 장치를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 연마 패드를 형성하기 위한 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 연마 패드를 형성하기 위한 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 연마 패드를 형성하기 위한 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 연마 패드를 형성하기 위한 장치의 다른 실시예를 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 연마 패드를 이용하는 CMP 시스템을 도시하는 도면이다.
본 발명은 화학적 기계적 평탄화용 연마 패드에 관한 것으로서, 구체적으로 는, 줄무늬(striation)가 감소한 연마 패드에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 줄무늬가 감소한 연마 패드를 형성하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
집적 회로 및 다른 전자 장치들의 제조에 있어서, 도전층, 반도체층 및 절연물의 다층이 반도체 웨이퍼의 표면에 적층되거나 혹은 이로부터 제거된다. 도전층, 반도체층 및 절연물의 얇은 층들은 많은 적층기술에 의해 적층될 수 있다. 현대의 공정에서의 일반적인 적층기술은 스퍼터링으로도 알려진 물리적 증기 증착법(PVD), 화학 기상 성장법(CVD), 플라즈마 증강 화학 기상 성장법(PECVD) 및 전기화학적 도금(ECP)을 포함한다.
물질층들이 순차적으로 적층되거나 제거될 때, 기판의 최상부 표면은 고르지 않게 된다. 후속 반도체 공정(예를 들면, 금속 배선(metallization))은 웨이퍼가 평탄한 표면을 갖는 것이 필요하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화되어야 한다. 평탄화는, 거친 표면, 응집된 물질, 결정 격자의 손상, 스크레치 및 오염된 층들이나 물질과 같은 원치 않는 표면 토포그래피(topography) 및 표면 결함들을 제거하는 데에 유용하다.
화학적 기계적 평탄화, 또는 화학적 기계적 연마(CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 평탄화하기 위해 사용되는 일반적인 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼는 캐리어 어셈블리에 장착되고 CMP 장치의 연마 패드와 접촉하여 위치한다. 상기 캐리어 어셈블리는 웨이퍼에 대해 제어 가능한 압력을 제공하여, 이를 연마 패드에 대해 압박한다. 상기 패드는 외부의 구동력에 의해 웨이퍼에 대해 이동(예를 들면, 회전)된다. 이와 동시에, 화학 조성물("슬러리") 또는 다른 연마액이 상기 웨이퍼 와 연마 패드의 사이에 제공된다. 따라서, 웨이퍼 표면은 패드 표면과 슬러리의 화학적 및 기계적 작용에 의해 연마 및 평탄화된다.
레인하트(Reinhardt) 등의 미국특허 제 5,578,362 호는 본 기술분야에 알려진 대표적인 연마 패드를 개시하고 있다. 상기 레인하트의 연마 패드는 마이크로스피어(microsphere)가 전체에 걸쳐 분산된 폴리머 매트릭스를 포함한다. 일반적으로, 상기 마이크로스피어들은, 예를 들어 질량 유량 공급 전달 시스템(mass flow feed delivery system) 내에서, 액상의 폴리머 물질과 섞여 혼합되고, 경화를 위해 몰드로 전달된다. 몰딩된 물체가 그 다음 절단되어 연마 패드를 형성한다. 그러나 불행히도, 이러한 방식에 의해 형성된 연마 패드는 원치 않는 줄무늬들을 가질 수 있다.
줄무늬들은 폴리머 매트릭스 내에서의 마이크로스피어들의 벌크 밀도의 편차로 인한 것이다. 바꿔 말하면, 폴리머 매트릭스에는, 마이크로스피어들의 더 높거나 혹은 더 낮은 농도의 서로 다른 영역들이 존재한다. 예를 들면, 레인하트의 연마 패드에서, 마이크로스피어들의 낮은 실제 밀도는 질량 유량 공급 전달 시스템에서 마이크로스피어들의 자유로운 또는 연속적인 흐름을 저해한다. 따라서, 마이크로스피어들이 전달 과정의 여러 지점에서 다양한 정도로 서로 "뭉치게"(cluster) 된다(즉, 벌크 밀도에서의 편차 또는 줄무늬를 유발함). 이러한 줄무늬는 어느 한 연마 패드로부터 그 다음 연마 패드까지 예측 불가능한, 그리고 아마도, 해로운 연마 능률을 유발할 수 있다. 또한, 이러한 줄무늬는 연마 패드 그 자체 안에서 연마 능률에 악영향을 미친다.
일반적으로, 이러한 줄무늬는 중력, 다양한 저장 사일로 설계, 기계적 힘(예를 들면, 진동), 그리고 벌크 밀도를 결정하기 위하여 수동, 정기적인 샘플링, 공정 조건의 조정 및 재측정의 조합을 통해 감소시켰다. 하지만, 종래의 장치 및 방법들은 CMP 산업의 계속적으로 증가하는 요구를 충족시킬 수 있을 정도로 벌크 밀도를 제어하기에 부적합하고 비효율적이다.
따라서, 줄무늬가 감소한 연마 패드가 요망된다. 또한, 줄무늬가 감소한 연마 패드를 형성하는 효율적인 방법 및 장치가 요망된다.
본 발명의 제 1 양상에서, 화학적 기계적 연마 패드를 형성하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계; 저장 사일로(storage silo)에 마이크로스피어들을 공급하는 단계; 경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계; 예비 혼합 프렙 탱크(pre-mix prep tank)에 상기 폴리머 물질과 마이크로스피어들을 전달하는 단계; 상기 폴리머 물질과 마이크로스피어들의 예비-혼합물(pre-mixture)을 형성하는 단계; 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키는 단계; 예비 혼합 런 탱크(pre-mix run tank)에 상기 예비-혼합물을 전달하는 단계; 상기 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계; 몰드에 상기 혼합물을 붓는 단계; 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 2 양상에 있어서, 화학적 기계적 연마 패드를 형성하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 제 1 프리폴리머(prepolymer) 저장 탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계; 저장 사일로에 마이크로스피어들을 공급하는 단계; 경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계; 적어도 제 2 프리폴리머 저장 탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계; 상기 제 1 프리폴리머 저장 탱크로부터의 폴리머 물질들과 상기 마이크로스피어들을 예비 혼합 프렙 탱크에 공급하는 단계; 상기 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 예비-혼합물을 형성하는 단계; 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키는 단계; 예비 혼합 런 탱크에 상기 예비-혼합물을 전달하는 단계; 상기 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계; 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 적어도 상기 제 2 프리폴리머 저장 탱크로부터 상기 혼합물에 폴리머 물질들을 공급하는 단계; 상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계; 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제 3 양상에 있어서, 화학적 기계적 연마 패드를 형성하기 위한 방법이 제공되며, 상기 방법은, 프리폴리머 저장 탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계; 저장 사일로에 마이크로스피어들을 공급하는 단계; 경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계; 상기 폴리머 물질들과 마이크로스피어들을 예비 혼합 런/프렙 탱크에 전달하는 단계; 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키기는 단계; 상기 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계; 상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계; 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 줄무늬가 감소한 연마 패드를 제공한다. 또한, 본 발명은 줄무늬가 감소한 연마 패드를 형성하는 신규의 캐스팅 장치 및 방법을 제공한다. 구체적으로는, 본 발명은 연마 패드에서 줄무늬를 감소시키기 위해 독자적인 예비 혼합 장치를 이용한다. 상기 예비 혼합 장치는 균질의(homogeneous) 예비-혼합물을 형성하기 위해 마이크로스피어들과 프리폴리머들을 예비 혼합하는 신규의 예비 혼합 프렙 탱크를 포함한다. 상기 예비 혼합 장치는 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키기 위한 재순환 루프를 더 포함한다. 벌크 밀도에서의 이러한 감소는 마이크로스피어들의 일률적이고 연속적인 흐름을 가능하게 하고, 또 상기 신규의 연마 패드에서 줄무늬를 감소시킨다. 또한, 상기 신규의 캐스팅 장치는 제조 규모에서의 증가 및 패드-타입 변화에 있어서 매우 큰 유연성을 제공한다. 바꿔 말하면, 상기 신규의 캐스팅 장치는, 예를 들어, 본 발명의 연마 패드를 제조하기 위해 서로 다른 폴리머 물질들의 거의 무한에 가까울 정도의 조합의 이용 및 연속적인 캐스팅을 가능하게 한다.
이제, 도 1을 참조하면, 본 발명의 연마 패드(1)가 도시되어 있다. 연마 패드(1)는 연마 층 또는 패드(4), 그리고 임의의 하부 층 또는 패드(2)를 포함한다. 상기 하부 층(2)은 델라웨어 뉴웍 소재의 롬앤하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드("RHEM")에서 제조되는 SUBA-IVTM와 같은 펠트제 폴리우레탄(felted polyurethane)으로 이루어질 수 있다. 연마 패드(4)는 RHEM사의 IC 1000TM 패드와 같은 폴리우레탄 패드(예를 들어, 마이크로스피어들로 충진된 패드)를 포함 할 수 있다. 연마 패드(4)는 임의로 원하는 바에 따라 특정한 결이 형성될 수 있다. 얇은 층의 압력 감응 접착제(6)는 연마 패드(4)와 하부 층(2)을 함께 지지할 수 있다. 접착제(6)는 미네소타 세인트 폴 소재의 3M 이노베이티브 프로퍼티 컴퍼니로부터 상업적으로 입수 가능하다. 또한, 연마 패드(4)는 종말점 검출을 용이하게 하기 위해 그 안에 구비된 투명창을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 연마 패드(4)를 형성하기 위한 예비 혼합 장치(100)가 도시되어 있다. 예비 혼합 장치(100)는 충분한 양의 마이크로스피어들 또는 미립원소들(48)을 수용할 수 있는 크기의 필러 저장 사일로(filler storage silo)를 포함한다. 예비 혼합 장치(100)는 충분한 양의 폴리머 물질들(52)("프리폴리머")를 수용할 수 있는 크기의 프리폴리머 저장 탱크(3) 및 예비 혼합 프렙 탱크(10)를 더 포함한다. 또한, 바람직하게는, 예비 혼합 장치(100)는 예비 혼합 프렙 탱크(10) 내의 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도를 제어하기 위한 재순환 루프(16)를 포함한다. 상기 예비 혼합 장치(100)는 "단일 탱크" 시스템을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 점에 주목해야한다. 예를 들어, 어떠한 수의 저장 사일로(1), 프리폴리머 저장 탱크(3) 및 예비 혼합 프렙 탱크(10)도 원하는 바에 따라 본 발명에서 사용할 수 있다.
작동 시에는, 소정 양의 폴리머 물질들(52)이 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해진다. 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해지는 폴리머 물질(52)의 양은 미 도시된 총계기(totalizer)를 구비한 질량 유량 계량 장치(mass flow metering device)(4)에 의해 제어될 수 있다. 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해지는 프리폴리머(52)의 양은 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 탑재된 로드셀(load cell)을 이용하여 제어될 수도 있다.
폴리머 물질들(52)이 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해진 후, 교반기(18)가 폴리머 물질들(52)을 교반함으로써, 교반기(18)의 축을 따른 폴리머 물질들(52)의 상향, 축 방향의 흐름을 제공하여 예비 혼합 프렙 탱크(10)의 내부 벽을 따른 물질들(52)의 하향 흐름으로 이어지도록 한다. 대안으로는, 폴리머 물질들(52)은 원하는 바에 따라 이와 반대 방향으로 흐를 수 있다. 바람직하게는, 상기 교반기는 1 내지 500 RPM의 속도로 회전된다. 더 바람직하게는, 상기 교반기는 1 내지 250 RPM의 속도로 회전된다. 가장 바람직하게는, 상기 교반기는 1 내지 50 RPM의 속도로 회전된다.
교반기(18)의 활동 즉시, 필러 저장 사일로(1)의 마이크로스피어들(48)이 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해질 수 있다. 본 발명의 대표적인 실시예에서, 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해지는 마이크로스피어들(48)의 양은 "중량 감소" 건조 공급 계량 시스템("loss in weight" dry feed metering system)(2)에 의해 수행될 수 있다. 건조 공급 계량 시스템(2)은 필러 저장 사일로(1)에 포함되어 있는 마이크로스피어들(48)을 포함하여, 상기 저장 사일로(1)의 초기 총 중량을 설정한다. 그 후, 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해지게 되는 마이크로스피어들(48)의 소정의 중량이 건조 공급 계량 시스템(2)에 설정된다. 그 다음, 건조 공급 계량 시스템(2)은 필러 저장 사일로(1)에서의 중량의 변화가 마이크로스피어들(48)의 상기 원하는 소정의 중량과 일치할 때까지 마이크로스피어들(48)을 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가 한다.
마이크로스피어들(48)의 적절한 양이 측정된 후, 마이크로스피어들(48)이 폴리머 물질(52)에 가해지고, 교반기(18)의 교반의 도움으로 같이 혼합되어 예비-혼합물(51)을 형성한다. 바람직하게는, 폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 양의 비는 부피로 0 내지 50 퍼센트이다. 더 바람직하게는, 폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 양의 비는 부피로 0 내지 40 퍼센트이다. 가장 바람직하게는, 폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 양의 비는 부피로 0.1 내지 30 퍼센트이다.
바람직하게는, 일단 마이크로스피어들(48)이 폴리머 물질들(52)과 혼합되면, 예비-혼합물(51)은 예비-혼합물(51)이 본질적으로 균질하게 남아 있을 수 있도록 보장하기 위해 재순환 루프(16)에서 재순환된다. 재순환 루프(16)는 예비-혼합물(51)이 예비 혼합 프렙 탱크(10)에서 보다 균일하게 분포될 수 있도록 도와, 밀도의 계층화에 대한 가능성을 감소시킨다. 다시 말해, 재순환 루프(16)는 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도를 제어 또는 안정화하기 위한 효율적인 방법을 가능하게 한다.
바람직하게는, 재순환 펌프(21)가 예비 혼합 프렙 탱크(10)로부터 예비-혼합물(5)을 뽑아내어 예비-혼합물(51)이 선택 밸브(22; directional valve)를 거치도록 유도하고, 상기 밸브(22)는 예비-혼합물(51)을 다시 예비 혼합 프렙 탱크(10)로 반환한다. 재순환 펌프(21)는 접촉 윤활(contact lubrication)을 필요로 하지 않는 다이어그램(diagram), 연동(peristaltic), 싸인(sine), 로브(lobe) 또는 기어(gear) 타입의 펌프일 수 있다. 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도는 계량기(미도시)와 연결하여 (부피당 질량) 수동으로, 정기적으로 예비-혼합물(51)을 샘플링함으로써 모니터링 될 수 있다.
임의로, 인라인 농도계(in-line densitometer)(17)가 예비-혼합물(51)의 균질성(즉, 밀도)을 모니터링하기 위해 재순환 루프(16)에 구비될 수 있다. 바람직하게는, 인라인 농도계(17)는 예비-혼합물(51)의 지속적인 벌크 밀도를 측정하고 디스플레이하기 위한 자동화된 방법을 제공한다. 인라인 농도계(17)는, 예를 들어 오스트리아 그라즈의 안톤 파사로부터 상업적으로 입수할 수 있다. 인라인 농도계(17)는 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도(폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 비)를 측정한다. 만일 벌크 밀도가 소정의 허용 가능한 범위를 벗어나면, 인라인 농도계(17)는 원하는 범위로 예비-혼합물(51)의 농도를 조정하기 하기 위해 마이크로스피어들(48) 또는 폴리머 물질들(52)의 첨가하는 것을 모니터링하는 데에 이용될 수 있다.
작동 시에, 인라인 농도계(17)는 선택 밸브(22)로부터 유입되는 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도를 측정한다. 만일 측정된 벌크 밀도가 허용할 수 있는 소정의 오차 이내라면, 예비-혼합물(51)은 선택 밸브(22)에 의해 후속 공정을 위한 전달 라인(20)으로 인도된다. 만일 측정된 벌크 밀도가 너무 높거나 또는 너무 낮은 경우, 예비-혼합물(51)은 선택 밸브(22)에 의해 재순환 루프(16)로 인도되어, 다시 예비 혼합 프렙 탱크(10)로 회귀하고, 전달 라인(20)으로 전환되지 않는다. 오히려, 예비-혼합물(51)은 계속 재순환된다. 농도계(17)로부터 얻어지는 예비-혼합물(51)의 밀도 측정은 원하는 바에 따라 추가적인 프리폴리머들(52) 또는 마이크로스피어들 (48)을 제공하기 위해 사용될 수 있을 것이다. 여기서, 예비-혼합물(51)은 예비 혼합 프렙 탱크(10)의 하부로부터의 예비-혼합물(51)의 방출을 방해하지 않는 어떠한 수준에서도 예비 혼합 프렙 탱크(10)로 복귀할 수 있다. 바람직하게는, 예비-혼합물(51)은, 예비-혼합물(51)로 유입되는 혼입 가스의 양을 감소시킬 수 있도록, 예를 들어, 탱크(10) 내에서의 예비-혼합물(51)의 저장 표면 아래로 예비-혼합물(51)을 반환하거나, 또는 탱크(10)의 내부 벽을 따라 예비-혼합물(51)을 반환한다.
임의로, 예비-혼합물 프렙 탱크(10)는, 더 정확한 벌크 밀도의 측정을 얻기 위하여, 혼입 가스의 제거 또는 탈가스(degass)하기 위한 진공 소스(19)를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 예비 혼합 프렙 탱크(10)는 1 내지 10 torr에서 탈가스된다. 더 바람직하게는, 예비 혼합 프렙 탱크(10)는 1 내지 5 torr에서 탈가스된다. 가장 바람직하게는, 예비 혼합 프렙 탱크(10)는 2 torr 이하에서 탈가스된다. 또한, 예비 혼합 장치(100)는, 예비 혼합 프렙 탱크(10)가 진공 소스(19)로부터의 진공 하에 있지 않은 때에 예비-혼합물(51)에 "블랭킷(blanket)" 불활성 가스를 제공하기 위한 불활성 가스 소스(60)을 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 폴리머 마이크로스피어들(48)의 적어도 일부는 일반적으로 가요성이 있다. 적합한 폴리머 마이크로스피어들(48)은 무기 염들, 당들 및 수용성 입자들이다. 이러한 폴리머 마이크로스피어들(미립원소들)(48)의 예는 폴리비닐알코올, 펙틴, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 하이드로프로필메틸셀룰로즈, 카르복시메틸셀룰로즈, 하이드록시프로필셀룰로즈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴라이트, 녹말, 말레산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄, 시클로덱스트린 및 이들의 조합(예를 들면, 스웨덴 선드스밸 소재의 아크조 노벨사의 ExpancelTM)을 포함한다. 마이크로스피어들(48)은 용해도, 팽윤(swelling) 및 다른 특성들을 변화시키기 위하여, 예를 들면, 브랜칭, 블록킹 및 크로스링킹에 의해 화학적으로 개조될 수 있다. 바람직하게는, 마이크로스피어들(48)은 150 ㎛ 이하의 평균 직경을 가지며, 더 바람직하게는 50 ㎛ 이하의 평균 직경을 갖는다. 가장 바람직하게는, 마이크로스피어들(48)은 15 ㎛ 이하의 평균 직경을 갖는다. 마이크로스피어들(48)의 평균 직경은 여러 가지일 수 있으며, 다양한 크기의 여러 마이크로스피어들(48)의 혼합물이 원하는 바에 따라 폴리머 물질(52)에 주입될 수 있다는 점에 주목하여야 한다. 마이크로스피어에 대한 바람직한 물질은 아크릴로니트릴과 비닐리덴클로라이드의 공중합체이다.
또한, 본 발명의 전형적인 실시예에서, 연마 패드(4)의 폴리머 물질(52)은 폴리이소시아네이트 함유 물질("프리폴리머")로부터 제조된다. 상기 프리폴리머는 폴리이소시아네이트(예를 들면, 디이소시아네이트)와 하이드록시 함유 물질의 반응 생성물이다. 상기 폴리이소시아네이트는 지방족 또는 방향족일 수 있다. 그 다음, 상기 프리폴리머는 경화제에 의해 경화된다. 바람직한 폴리이소시아네이트는 메틀렌 비스 4,4' 시클로헥실이소시아네이트, 시클로헥실 디이소시아네이트, 테트라메틸렌-1,4-디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌-디이소시아네이트, 도데케인-1,12-디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3-디이소시아네 이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸시클로헥산, 메틸시클로헥실렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트의 트리이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸-1,6-헥산디이소시아네이트의 트리이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트의 우레디온(uretdione), 에틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄디이소시아네이트 및 이들의 조합을 포함하나, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 지방족 폴리이소시아네이트는 14 퍼센트 이하로 비반응 된 이소시아네이트 그룹들을 갖는다.
바람직하게는, 하이드록실 함유 물질은 폴리올이다. 전형적인 폴리올은 폴리에테르폴리올, 하이드록시-터미네이티드 폴리부타디엔(부분적으로/전체적으로 수소화된 유도체들을 포함함), 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카르보네이트 폴리올 및 이들의 조합을 포함하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
바람직한 일 실시예에서, 상기 폴리올은 폴리에테르 폴리올을 포함한다. 예로서, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜("PTMEG"), 폴리에틸렌프로필렌글리콜, 폴리옥시프로필렌글리콜 및 이들의 조합이 포함되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 탄화수소 사슬은 포화 또는 불포화 결합 및 치환 또는 비치환 방향족 및 고리형 그룹들을 가질 수 있다. 바람직하게는, 본 발명의 폴리올은 PTMEG를 포함한다. 적합한 폴리에스테르 폴리올들은 폴리에틸렌아디페이트글리콜, 폴리부틸렌아디페이트글리콜, 폴레에틸렌프로필렌아디페이트글리콜, o-프탈레이트-1,6-헥산디올, 폴리(헥사 메틸렌아디페이트)글리콜, 및 이들의 조합을 포함한다. 상기 탄화수소 사슬은 포화 또는 불포화 결합, 또는 치환 또는 비치환 방향족 및 고리형 그룹들을 구비할 수 있다. 적합한 폴리카프로락톤 폴리올은 1,6-헥산디올-이니시에이티드 폴리카프로락톤, 디에틸렌글리콜 이니시에이티드 폴리카프로락톤, 트리메틸올프로페인 이니시에이티드 폴리카프로락톤, 네오펜틴글리콜 이니시에이티드 폴리카프로락톤, 1,4-부탄디올-이니시에이티드 폴리카프로락톤, PTMEG-이니시에이티드 폴리카프로락톤, 및 이들의 조합을 구비할 수 있지만, 이들에 한정되지는 않는다. 상기 탄화수소 사슬은 포화 또는 불포화 결합, 또는 치환 또는 비치환 방향족 및 고리형 그룹들을 구비할 수 있다. 적합한 폴리카보네이트는 폴리프탈레이트카보테이트 및 폴리(헥사메틸렌카보네이트) 글리콜을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 폴리머 물질들(52)은, 예를 들면, 폴리우레탄, 열경화성 및 열가소성 모두, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 실리콘, 폴리이미드 및 폴리술폰으로 이루질 수 있다. 폴리머 물질들(52)에 대한 물질의 예로서, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메트아크릴레이트, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 에틸비닐아세테이트, 폴리비닐부티레이트, 폴리비닐아세테이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 플루오르화 에틸렌프로필렌 및 퍼플루오르알콕시 폴리머들, 및 이들의 조합이 포함되지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직한 폴리머 물질들(52)은 폴리우레탄이다.
이제, 도 3을 참조하면, 예비 혼합 장치(100) 및 예비 혼합 런 탱크(15)와 경화제 장치(101)를 포함하는 캐스팅 장치(103)가 도시되어 있다. 경화제 장치(101)는 경화제 런 탱크(12) 및 경화제 저장 탱크(6)를 더 포함한다. 본 실시예에서는, 단일 예비 혼합 런 탱크(15) 및 단일 경화제 장치(101)를 갖는 것으로 도시되어 있지만, 어떠한 수의 예비 혼합 런 탱크 및 경화제 탱크도 원하는 바에 따라 이용될 수 있다. 동작 시에, 일단 허용 될 수 있는 벌크 밀도를 갖는 균질의 혼합물이 예비 혼합 장치(100)에서 마련되면, 예비 혼합 장치(51)는 그 다음에 전달 라인(2)을 통해 예비 혼합 런 탱크(15)로 전달될 수 있다. 전달 라인(20)은 부식이 되지 않는 어떠한 금속, 플라스틱 또는 폴리머 물질을 포함할 수 있다. 이러한 전달은 전달 펌프(21)를 이용하여 예비 혼합 프렙 탱크(10)의 하부로부터 예비-혼합물(51)을 배출시키고, 이 혼합물(51)을 전달 라인(20)으로 흐름을 전환시키는 선택 밸브(22)를 통과시켜, 이 혼합물을 예비 혼합 런 탱크(15)로 보낸다. 바람직하게는, 일단 예비-혼합물(51)이 예비 혼합 프렙 탱크(10)로부터 예비 혼합 런 탱크(15)로 전달되면, 예비 혼합 프렙 탱크(10)는 새로운 배치(batch)의 예비-혼합물(51)을 준비할 수 있는 상태가 된다. 또한, 예비 혼합 런 탱크(15)에 담겨 있는 예비-혼합물(51)은 이제 캐스팅을 할 수 있는 상태이다. 도시된 바와 같이, 본 발명의 개별 예비 혼합 준비 공정에 의해, 연속적인 캐스팅 공정이 가능하다.
캐스팅 중에, 예비 혼합 런 탱크(15)로부터의 예비-혼합물(51) 및 경화제 런 탱크(12)로부터의 경화제(53)가 개별 성분들(51, 53)이 혼합되어 캐스트 몰드로 바로 주입되는 믹서(13)로 계량된다. 몰딩된 물체는 그 다음 경화되고 절단되어 본 발명의 연마 패드(4)를 형성한다. 예비 혼합 런 탱크(15) 및 경화제 런 탱크(12)도 예비 혼합 프렙 탱크(10)의 교반기(18)와 유사한 교반기(18)를 구비한다. 첨가 경화제(53)가 레벨 제어기(7)에 의해 경화제 저장 탱크(6)로부터 공급된다.
바람직하게는, 연마 패드(4)의 벌크 밀도는 두 개의 개별 성분들(51, 53)의 혼합비에 의해 직접 제어된다. 예비 혼합 탱크(15) 및 경화제 런 탱크(12)로부터의 성분들(51, 53)의 혼합비는 이송 라인(55) 내에 포함되어 있는 흐름 계량기(8)와 연결하여 개별 계량 펌프(9)에 의해 제어된다.
바람직하게는, 경화제는 폴리디아민이다. 바람직한 폴리디아민은 디에틸톨루엔디아민("DETDA"), 3,5-디메틸티오-2,4-톨루엔디아민 및 이것의 이소머들, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민 및 이것의 이소머들, 예를 들면, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민, 4,4'-비스-(세크-부틸아미노)-디페닐메탄, 1,4-비스-(세크-부틸아미노)-벤젠, 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린), 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)("MCDEA"), 폴리테트라메틸렌옥사이드-디-p-아미노벤조에이트, N,N'-디알킬디아미노디페닐메탄, p,p'-메틸렌디아닐린("MDA"), m-페닐린디아민("MPDA"), 메틸렌-비스 2-클로로아닐린("MBOCA"), 4,4'-메틸렌-비스-(2-콜로로아닐린)("MOCA"), 4,4'-메틸렌-비스-(2,6-디에틸아닐린)("MDEA), 4,4'-메틸렌-비스-(2,3-디클로로아닐린)("MDCA), 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, 2,2',3,3'-테트라클로로디아미노디페닐메탄, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트, 및 이들의 조합을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다. 바람직하게는, 본 발명의 경화제는 3,5-디메틸티오-2,4-톨루엔디아민 및 이것의 이소머들을 포함한다. 적합한 폴리아민 경화제는 일차 및 이차 아민들을 모두 포함한다.
또한, 다른 경화제들, 예를 들면, 디올, 트리올, 테트라올 또는 하이드록시-터미네이티드 경화제가 상술한 폴리우레탄 조성물에 첨가될 수 있다. 적합한 디올, 트리올 및 테트라올 그룹들은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 저분자량의 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 1,3-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠, 1,3-비스-[2-(2-하이드록시에톡시)에톡시]벤젠, 1,3-비스-{2-[2-(2-하이드록시에톡시)에톡시]에톡시}벤젠, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 레조르시놀-디-(베타-하이드록시에틸)에테르, 하이드로퀴논-디-(베타-하이드록시에틸)에테르, 및 이들의 조합을 포함한다. 바람직한 하이드록시-터미네이티드 경화제는 1,3-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠, 1,3-비스-[2-(2-하이드록시에톡시)에톡시]벤젠, 1,3-비스-{2-[2-(2-하이드록시에톡시)에톡시]에톡시}벤젠, 1,4-부탄디올, 및 이들의 조합을 포함한다. 하이드록시-터미네이티드 및 아민 경화제 모두 하나 이상의 포화, 불포화, 방향족, 및 고리형 그룹들을 포함할 수 있다. 또한, 상기 하이드록시-터미네이티드 및 아민 경화제는 하나 이상의 할로겐 그룹들을 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 조성물은 경화제들의 블렌딩 또는 혼합으로 형성될 수 있다. 그러나, 원한다면, 상기 폴리우레탄 조성물은 단일 경화제로 형성될 수 있다.
따라서, 본 발명은 화학적 기계적 연마 패드를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은, 탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계 및 저장 사일로에 마이크로스피어들을 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은, 경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계 및 상기 폴리머 물질들과 마이크로스피어들을 예비 혼합 프렙 탱크에 전달하는 단계를 제공한다. 상기 방법은 상기 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 예비-혼합물을 형성하는 단계, 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키는 단계 및 상기 예비-혼합물을 예비 혼합 런 탱크에 전단하는 단계를 더 제공한다. 또한, 상기 방법은 상기 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계, 몰드에 상기 혼합물을 붓는 단계 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 더 제공한다.
도 4를 참조하면, 프리폴리머 장치(104)를 포함하는 캐스팅 장치(105)가 도시되어 있다. 프리폴리머 장치(104)는 프리폴리머 런 탱크(11) 및 2차 프리폴리머 저장 탱크(5)를 더 포함한다. 본 실시예에서는, 프리폴리머 저장 탱크(11)가 캐스팅 몰드(14)에서 몰딩되는 물체의 벌크 밀도의 추가적이며 유연한 제어를 가능하게 한다. 예를 들면, 프리폴리머(57)에 대한 마이크로스피어들(48)의 최종 벌크 밀도비는 예비 혼합 런 탱크(15) 및 경화제 런 탱크(12)로부터의 성분의 추가와 함께 프리폴리머 런 탱크(11)로부터 믹서(13)에 비충진(non-filled) 프리폴리머(57)의 첨가에 의해 조절될 수 있다. 믹서(13)에 대한 비충진 프리폴리머(57)의 첨가는 유량 제어 계량기(flow controll meter)(8) 및 계랑 펌프(9)에 의해 제어될 수 있다. 프리폴리머 런 탱크(11)는 예비 혼합 프렙 탱크(10)의 교반기(18)과 유사한 교반기(18)를 구비한다. 추가 폴리머 물질들(57)은 2차 프리폴리머 저장 탱크(5)로부터 레벨 제어기(7)에 의해 프리폴리머 런 탱크(11)로 공급된다. 단일 프리폴리머 런 탱크(11)가 도시되어 있지만, 본 발명은 어떠한 수의 추가 프리폴리머 런 탱크들을 가지고 바라는 바에 따라 실행될 수 있다. 또한, 프리폴리머(57)는 프리폴리머(52) 와 같거나, 또는 바라는 바에 따라 어떠한 다른 폴리머 물질들일 수 있다.
캐스팅 중에, 예비 혼합 런 탱크(15)로부터의 예비-혼합물(51), 경화제 런 탱크(12)로부터의 경화제(53) 및 프리폴리머 런 탱크(11)로부터의 프리폴리머(57)는 이 성분들(51, 53 및 57)이 혼합되어 캐스트 몰드(14)로 바로 주입되는 믹서(13)로 계량된다. 몰딩된 물체는 그 다음 경화되고 절단되어 본 발명의 연마 패드(4)를 형성한다. 바람직하게는, 연마 패드(4)의 벌크 밀도는 세 개의 개별 성분들(51, 53 및 57)의 혼합 비율에 의해 직접 제어될 수 있다. 예비 혼합 런 탱크(15), 경화제 런 탱크(12) 및 프리폴리머 런 탱크(11)로부터의 성분들(51, 53 및 57)의 혼합 비율은 이송 라인(55) 내부에 포함되어 있는 유량 계량기(8)와 연결하여 개별 계량 펌프(9)에 의해 제어된다.
임의로, 프리폴리머 런 탱크(11)는 기계적으로 혼입된 어떠한 가스를 제거 또는 탈가스하기 위하여 진공실(9)을 구비할 수 있다. 또한, 예비 혼합 런 탱크(15) 및 경화제 런 탱크(12)도 진공실(19)를 구비할 수 있다. 바람직하게는, 예비 혼합 프렙 탱크(10)는 1 내지 10 Torr의 압력 하에서 탈가스된다. 더 바람직하게는, 예비 혼합 프렙 탱크(10)는 1 내지 5 Torr의 압력 하에서 탈가스된다. 가장 바람직하게는, 예비 혼합 프렙 탱크(10)는 2 Torr 이하의 압력 하에서 탈가스된다.
따라서, 본 발명은 화학적 기계적 연마 패드를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 제 1 폴리머 물질들을 제 1 프리폴리머 저장 탱크에 제공하는 단계, 마이크로스피어들을 저장 사일로에 제공하는 단계, 경화제를 경화제 저장 탱크에 제공하는 단계 및 제 2 폴리머 물질들을 적어도 제 2 프리폴리머 런 탱크에 제공하 는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은, 제 1 프리폴리머 저장 탱크로부터의 제 1 폴리머 물질들과 마이크로스피어들을 예비 혼합 프렙 탱크에 제공하는 단계, 제 1 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 예비-혼합물을 형성하는 단계, 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키는 단계 및 상기 예비-혼합물을 예비 혼합 런 탱크에 전달하는 단계를 제공한다. 상기 방법은, 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계, 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 적어도 제 2 프리폴리머 런 탱크로부터 상기 혼합물에 제 2 폴리머 물질들을 제공하는 단계, 상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 더 제공한다.
이제, 도 5를 참조하면, 예비 혼합 런/프렙 장치(106) 및 경화제 장치(101)를 구비한 캐스팅 장치(107)가 도시되어 있다. 예비 혼합 런/프렙 장치(106)는 충분한 양의 마이크로스피어들 또는 미립원소들(48)을 수용할 수 있는 크기의 필러 저장 사일로(101)를 포함한다. 예비 혼합 런/프렙 장치(106)는 충분한 양의 폴리머 물질들(52)을 수용할 수 있는 크기의 프리폴리머 저장 탱크(3) 및 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)를 더 포함한다. 또한, 바람직하게는, 예비 혼합 런/프렙 장치(106)는 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)에서 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도를 제어하기 위한 재순환 루프를 포함한다. 도 2, 3 및 4에서의 실시예들과 달리, 도 5(및 도 6, 이하)의 실시예는 단일의 런/프렙 탱크 안에서 예비 혼합 프렙 탱크 및 예비 혼합 런 탱크를 제공한다. 다시 말하면, 도 5(및 도 6)의 실시예는 예비 혼합 프렙 탱크 및 예비 혼합 런 탱크 사이에서의 "전달 단계"에 대한 필요성을 제거한다. 그러나, 본 실시예는 본 발명의 연마 패드의 배치 캐스팅(batch casting)을 가능하게 하지만, 이는 연속 캐스팅에는 가능하지 않다.
동작 시에, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)에 가해지는 폴리머 물질들(52)의 양은 질량 유량 계량 장치(4)에 의해 제어될 수 있다. 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)에 가해지는 프리폴리머(52)의 양은 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)에 탑재되는 로드셀들을 이용하여 제어될 수도 있다.
폴리머 물질들(52)이 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)에 가해진 후, 교반기(18)가 상기 교반기(18)의 축을 따라 상향, 축 방향의 흐름을 제공하여 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)의 내부 벽을 따라 폴리머 물질들(52)의 하향 흐름에 이르도록 폴리머 물질들(52)을 교반한다. 바람직하게는, 상기 교반기는 1 내지 500 RPM의 속도로 회전된다. 더 바람직하게는, 상기 교반기는 1 내지 250 RPM의 속도로 회전된다. 가장 바람직하게는, 교반기는 1 내지 50 RPM의 속도로 회전된다.
교반기의 활동 즉시, 필러 저장 사일로(1)에서의 마이크로스피어들(48)은 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)에 가해질 수 있다. 본 발명의 전형적인 실시예에서, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)에 가해지는 마이크로스피어들(48)의 양은 "중량 감소" 건조 공급 계량 시스템(2)에 의해 수행될 수 있다. 건조 공급 계량 시스템(2)은 필러 저장 사일로(1) 내에 포함되어 있는 마이크로스피어들(48)을 포함하여, 상기 저장 사일로(1)의 초기 총 중량을 정한다. 그 후, 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 가해지게 될 마이크로스피어들(48)의 소정의 중량이 건조 공급 계량 시스템(2)에서 설정된다. 상기 건조 공급 계량 시스템(2)은 그 후, 필러 저장 사일로(1)의 중량 변화 가 원하는 소정의 마이크로스피어들(48)의 중량에 일치할 때까지 예비 혼합 프렙 탱크(10)에 마이크로스피어들(48)을 가할 수 있다.
적합한 양의 마이크로스피어들(48)이 계측된 후, 마이크로스피어들(8)이 폴리머 물질들(52)에 가해지고, 교반기(18)의 교반의 보조 하에 함께 혼합되어 예비-혼합물(51)을 형성한다. 바람직하게는, 폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 양의 비는 부피로 0 내지 50 퍼센트이다. 더 바람직하게는, 폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 양의 비는 부피로 0 내지 40 퍼센트이다. 가장 바람직하게는, 폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 양의 비는 부피로 0.1 내지 30 퍼센트이다.
바람직하게는, 일단 마이크로스피어들(48)이 폴리머 물질들(52)에 혼합되면, 상기 예비-혼합물(51)이 본질적으로 균질하게 남아 있도록 하기 위해 재순환 루프(16) 안에서 예비-혼합물(51)이 재순환된다. 재순환 루프(16)는 예비-혼합물(51)이 예비 혼합 런/프렙 탱크(59) 안에서 더 균일하게 분포되도록 하고, 밀도의 계층화에 대한 가능성을 감소시킨다. 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도는 수동으로, 정기적으로 계량기(미도시)와 연결하여 예비-혼합물(51)을 샘플링함으로써 모니터링 될 수 있다.
바람직하게는, 재순환 펌프(21)는 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)로부터 예비-혼합물(51)을 인출하여 상기 예비-혼합물(51)을 선택 밸브(22)를 통하도록 인도하고, 상기 밸브(22)는 예비-혼합물(51)을 다시 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)로 반환한다. 재순환 펌프(21)는 접촉 윤활을 필요로 하지 않는 다이어그램, 연동, 싸인, 또는 로브 타입의 펌프일 수 있다. 임의로, 인라인 농도계(17)가 예비-혼합물(51)의 균질성을 모니터링하기 위해 재순환 루프(16)에 구비될 수 있다. 바람직하게는, 인라인 농도계(17)는 예비-혼합물(51)의 연속적인 벌크 밀도를 측정하기 위한 자동화된 방법을 제공한다. 인라인 농도계(17)는 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도(폴리머 물질들(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 비)를 측정한다. 만일 벌크 밀도가 소정의 허용 가능한 범위에서 벗어나면, 인라인 농도계(17)가 원하는 범위로 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도를 조정하기 위해 마이크로스피어들(48)이나 폴리머 물질들(52)의 첨가를 모니터링하는 데에 이용될 수 있다.
동작 중에, 인라인 농도계(17)는 선택 밸브(22)로부터 유입되는 예비-혼합물(51)의 벌크 밀도를 측정한다. 만일 계산된 벌크 밀도가 허용 가능한 소정의 허용 오차의 범위 이내라면, 그 다음, 측정된 예비-혼합물(51)은 선택 밸브(22)에 의해 재순환 루프(16)로 인도되고, 다시 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)로 회귀하여, 다시 교반된다. 다시 말하면, 만일 벌크 밀도가 너무 높은 경우, 추가적인 교반이 수행된다. 예비-혼합물(51)은 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)의 하부로부터의 예비-혼합물(51)의 방출을 저해하지 않는 어떠한 수준에서도 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)로 회귀시킬 수 있다.
임의로, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)는, 보다 정확한 벌크 밀도 측정을 얻기 위하여, 폴리머 물질들(52)로의 마이크로스피어들(48)의 첨가로부터 발생한 어떠한 혼입 가스를 제거 또는 탈가스하기 위한 진공실을 구비할 수 있다. 바람직하게는, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)는 1 내지 10 Torr의 압력 하에서 탈가스된다. 더 바람 직하게는, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)는 1 내지 5 Torr의 압력 하에서 탈가스된다. 가장 바람직하게는, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)는 2 Torr 이하의 압력 하에서 탈가스된다.
다시 도 5를 참조하면, 경화제 장치(101)는 경화제 런 탱크(12) 및 경화제 저장 탱크(6)를 더 포함한다. 본 실시예는 단일의 경화제 장치(101)를 구비한 것으로 도시되어 있지만, 어떠한 수의 경화제 장치들도 원하는 바에 따라 이용될 수 있다는 점에 주목해야 한다. 캐스팅 중, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)로부터의 예비-혼합물(51) 및 경화제 런 탱크(12)로부터의 경화제(53)는 개별 성분들(51, 53)이 혼합되어 캐스트 몰드(14)로 직접 주입되는 믹서(13)로 계량된다. 몰딩된 물체는 그 다음 경화되고 절단되어 본 발명의 연마 패드를 형성한다. 예비 혼합 런/프렙 탱크(59) 및 경화제 런 탱크(12)도 예비 혼합 프렙 탱크(10)의 교반기(18)와 유사한 교반기(18)을 구비한다. 첨가 경화제(53)는 레벨 제어기(7)에 의해 경화제 저장 탱크(6)로부터 제공된다. 바람직하게는, 연마 패드(4)의 벌크 밀도는 두 개의 개별 성분들(51, 53)의 혼합비에 의해 직접 제어된다. 예비 혼합 런/프렙 탱크(59) 및 경화제 런 탱크(12)로부터의 성분들(51, 53)의 혼합비는 이송 라인(55) 안에 포함되어 있는 유량 계량기(8)와 연결하여 계량 펌프 및 재순환 펌프(21)에 의해 제어된다.
이제, 도 6을 참조하면, 제 2 프리폴리머 장치(111)를 포함하는 캐스팅 장치(109)가 도시되어 있다. 프리폴리머 장치(111)는 제 2 프리폴리머 런 탱크(11) 및 제 2 프리폴리머 저장 탱크(5)를 포함한다. 본 실시예에서, 프리폴리머 런 탱크 (11)는 캐스팅 몰드(14) 안에서 몰딩된 물체의 추가적이고 유연한 제어를 가능하게 한다. 예를 들면, 프리폴리머(52)에 대한 마이크로스피어들(48)의 최종 벌크 밀도 비는 예비 혼합 런/프렙 탱크(59) 및 경화제 런 탱크(12)로부터의 성분 첨가와 함께 프리폴리머 런 탱크(11)로부터 믹서(13)로의 비충진(non-filled) 프리폴리머(57)의 첨가에 의해 조절될 수 있다. 믹서(13)에 대한 비충진 프리폴리머(57)의 첨가는 유량 제어 계량기(8) 및 계량 펌프(9)에 의해 조절될 수 있다. 프리폴리머 런 탱크(11)는 레벨 제어기(7)에 의해 제 2차 프리폴리머 저장 탱크(5)로부터 공급된다. 단일 프리폴리머 런 탱크(11)가 도시되어 있지만, 본 발명은 어떠한 수의 추가 프리폴리머 런 탱크를 가지고도 원하는 바에 따라 실행될 수 있다. 또한, 프리폴리머(57)은 프리폴리머(52) 또는 원하는 바에 따라 어떠한 다른 폴리머 물질일 수 있다.
캐스팅 중에, 예비 혼합 런/프렙 탱크(59)로부터의 예비-혼합물, 경화제 런 탱크(12)로부터의 경화제(53) 및 프리폴리머 런 탱크(11)로부터의 비충진 프리폴리머(57)는 개별 성분들(51, 53 및 57)이 혼합되어 캐스트 몰드(14)로 직접 주입되는 믹서(13)로 계량된다. 몰딩된 물체는 그 다음 경화되고 절단되어 본 발명의 연마 패드(4)를 형성한다. 바람직하게는, 연마 패드(4)의 벌크 밀도는 세 개의 개별 성분들(51, 53 및 57)의 혼합비에 의해 직접 제어된다. 예비 혼합 런/프렙 탱크(59), 경화제 런 탱크(12) 및 프리폴리머 런 탱크(11)로부터의 성분들(51, 53 및 57)의 혼합비는 이송 라인(55) 내에 포함된 유량 계량기(8)와 연결하여 개별 계량 펌프(9)에 의해 제어된다.
따라서, 본 발명은 화학적 기계적 연마 패드를 형성하기 위한 방법을 제공하며, 상기 방법은, 폴리머 물질을 프리폴리머 저장 탱크에 제공하는 단계, 마이크로스피어들을 저장 사일로에 제공하는 단계 및 경화제를 경화제 저장 탱크에 제공하는 단계를 포함한다. 상기 방법은, 폴리머 물질들과 마이크로스피어들을 예비 혼합 런/프렙 탱크에 전달하는 단계, 상기 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 예비-혼합물을 형성하는 단계를 더 제공한다. 상기 방법은, 원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 예비-혼합물을 재순환시키는 단계, 상기 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계, 상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 더 제공한다.
이제, 도 7을 참조하면, 줄무늬가 감소한 본 발명의 연마 패드를 이용한 CMP 장치(73)가 제공되어 있다. 장치(73)는 연마 테이블(91)에 대해 반도체 웨이퍼(83)를 지지 또는 압박하기 위한 웨이퍼 캐리어(81)를 포함한다. 상기 연마 테이블(91)에는 본 발명의 줄무늬가 감소한 연마 패드(4)를 포함하여, 적층 연마 패드(1)가 구비된다. 상술한 바와 같이, 패드(1)는 테이블(91)의 표면과 간섭하는 하부층(2), 웨이퍼(83)를 연마하기 위한 화학적 연마 슬러리와 함께 사용되는 연마 패드(4)를 구비한다. 도시되지는 않았지만, 연마 유체 또는 슬러리를 공급하기 위한 어떤 수단도 본 장치와 함께 사용될 수 있다. 테이블(91)은 통상 그 중심축(79)의 주위를 회전한다. 또한, 웨이퍼 캐리어(81)는 통상 그 중심축(75)의 주위를 회전하고, 직동 암(translation arm)(77)에 의해 테이블(91)의 표면을 가로질러 이동된다. 단일 웨이퍼 캐리어가 도 7에 도시되어 있지만, CMP 장치들은 연마 테이블의 주위에 원 주 방향으로 떨어진 하나 이상을 구비할 수 있다. 또한, 투명 홀(87)이 테이블(91)에 구비되어, 패드(1)의 창(14) 위에 놓일 수 있다. 따라서, 투명 홀(87)은, 웨이퍼(83)의 연마 중에, 정확한 종말점 검출을 위해, 창(14)을 통해, 웨이퍼(83) 표면에 접근할 수 있게 한다. 즉, 웨이퍼(83)의 연마 시에 정확한 종말점 검출을 위해, 레이저 분광 측광기(89)가 테이블(91)의 밑에 구비되어, 투명 홀(87) 및 창(14)을 통해 통과 및 복귀할 수 있는 레이저 빔(85)을 투사한다.
따라서, 본 발명은 화학적 기계적 연마 패드를 형성하는 방법을 제공하며, 상기 방법은 폴리머 물질들을 갖는 탱크, 마이크로스피어들을 갖는 저장 사일로 및 경화제를 갖는 경화제 저장 탱크를 제공하는 단계를 포함한다. 또한, 상기 방법은 폴리머 물질들 및 마이크로스피어들을 예비 혼합 프렙 탱크에 전달하고, 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 예비-혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 원하는 벌크 밀도에 도달하기까지 예비-혼합물을 재순환시키는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 예비 혼합 런 탱크에 예비-혼합물을 전달하는 단계, 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성는 단계, 상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계 및 상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 화학적 기계적 연마 패드의 형성 장치 및 방법에 의하면, 줄무늬가 감소한 연마 패드를 얻을 수 있다.

Claims (10)

  1. 화학적 기계적 연마 패드를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계;
    저장 사일로에 마이크로스피어들을 공급하는 단계;
    경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계;
    상기 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 예비 혼합 프렙 탱크에 공급하는 단계;
    상기 폴리머 물질과 마이크로스피어들의 예비-혼합물을 형성하는 단계;
    원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키는 단계;
    예비 혼합 런 탱크에 상기 예비-혼합물을 전달하는 단계;
    상기 예비-혼합물과 경화제의 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계; 및
    상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 교반기로 상기 예비 혼합 프렙 탱크 내의 상기 예비-혼합물을 교반하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 예비 혼합 프렙 탱크를 탈가스하는 단계를 더 포함 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 예비-혼합물의 벌크 밀도를 측정하기 위해 재순환 루프에 인라인 농도계를 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로스피어는, 폴리비닐알코올, 펙틴, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로즈, 메틸셀룰로즈, 하이드로프로필메틸셀룰로즈, 카르복시메틸셀룰로즈, 하이드록시프로필셀룰로즈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴라이트, 녹말, 말레산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄, 시클로덱스트린, 아크릴로니트릴과 비닐리덴클로라이드의 공중합체 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 폴리머 물질은, 폴리우레탄, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 실리콘, 폴리이미드 및 폴리술폰, 폴리비닐클로라이드, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸메트아크릴레이트, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르케톤, 폴리에테르이미드, 에틸비닐아세테이트, 폴리비닐부티레이트, 폴리비닐아세테이트, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌, 플루오르화 에틸렌프로필렌 및 퍼플루오르알콕시 폴리머들 및 이들의 조합을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 화학적 기계적 연마 패드를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    제 1 프리폴리머 저장 탱크에 제 1 폴리머 물질들을 공급하는 단계;
    저장 사일로에 마이크로스피어들을 공급하는 단계;
    경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계;
    적어도 제 2 프리폴리머 저장 탱크에 제 2 폴리머 물질들을 공급하는 단계;
    상기 제 1 프리폴리머 저장 탱크로부터의 제 1 폴리머 물질들과 마이크로스피어들을 예비 혼합 프렙 탱크에 전달하는 단계;
    상기 제 1 폴리머 물질들과 마이크로스피어들의 예비-혼합물을 형성하는 단계;
    원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환하는 단계;
    예비 혼합 런 탱크에 상기 예비-혼합물을 전달하는 단계;
    상기 예비-혼합물 및 경화제들의 혼합물을 형성하는 단계;
    원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 적어도 제 2 프리폴리머 저장 탱크로부터 제 2 폴리머 물질들을 상기 혼합물에 공급하는 단계;
    상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계; 및
    상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 폴리머 물질들은 동일한 것임을 특징으로 하는 방법.
  9. 화학적 기계적 연마 패드를 형성하기 위한 방법에 있어서,
    프리폴리머 저장 탱크에 폴리머 물질들을 공급하는 단계;
    저장 사일로에 마이크로스피어들을 공급하는 단계;
    경화제 저장 탱크에 경화제를 공급하는 단계;
    예비 혼합 런/프렙 탱크에 상기 폴리머 물질들과 상기 마이크로스피어들을 공급하는 단계;
    원하는 벌크 밀도에 도달할 때까지 상기 예비-혼합물을 재순환시키는 단계;
    상기 예비-혼합물 및 경화제들의 혼합물을 형성하는 단계;
    상기 혼합물을 몰드에 붓는 단계; 및
    상기 몰드를 절단하여 연마 패드를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 9 항에 있어서, 다른 프리폴리머 저장 탱크로부터의 폴리머 물질들을 상기 혼합물에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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