KR20080016663A - Ｃｍｐ용 투명 미세다공질 재료 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 0.01 마이크로미터 내지 10 마이크로미터 범위의 좁은 공극 크기 분포를 특징으로 하는 미세다공질 폐포형 발포체를 포함한 화학 기계적 연마 패드 기재에 대한 것이다. 연마 패드는 상기 중합체 시트를 상승된 온도 및 압력 하에서 초임계 기체로 포화시킨 후 초임계 기체로 발포시켜 제조한다. 본 발명은 또한 연마 패드 기재를 포함한 연마 패드, 연마 패드 기재의 사용을 포함한 연마 방법, 및 연마 패드 기재를 포함한 화학 기계적 장치에 대한 것이다.
연마 패드 기재, 초임계 기체, 공극 크기 분포, 열가소성 폴리우레탄, 중합체 발포체

Description

ＣＭＰ용 투명 미세다공질 재료{TRANSPARENT MICROPOROUS MATERIALS FOR CMP}
본 발명은 좁은 공극 크기 분포를 특징으로 하는 미세다공질 폐포형(closed-cell) 발포체를 포함하는 화학 기계적 연마 패드 기재에 관한 것이다.
화학 기계적 연마(chemical-mechanical polishing; "CMP") 공정은 마이크로전자 소자 제조에서 반도체 웨이퍼, 전계 방출 디스플레이, 및 많은 다른 마이크로전자 기판 상에 편평한 표면을 형성하기 위해 사용된다. 예를 들면, 반도체 소자의 제조는 일반적으로 다양한 공정층(process layer)의 형성, 이러한 층의 일부의 선택적인 제거 또는 패턴화, 및 반도체 웨이퍼를 형성하기 위한 반도체 기판 표면 위에 추가적인 공정층의 침착을 포함한다. 공정층은 예로써, 절연층, 게이트 산화물층, 도전층, 및 금속 또는 유리층 등을 포함할 수 있다. 일반적으로, 웨이퍼 제조 공정의 특정한 단계에서 공정층의 최상부 표면이 평면인, 즉 편평한 것이 후속 층의 침착을 위해 바람직하다. CMP는 침착된 재료의 공정층, 예를 들면 도전성 또는 절연 물질을 연마하여, 웨이퍼를 후속 공정 단계를 위해 평탄화하기 위해 사용된다.
전형적 CMP 공정에서, CMP 공구(tool)의 캐리어(carrier) 상에 웨이퍼를 뒤 집어 장착한다. 일정한 힘으로 캐리어 및 웨이퍼를 연마 패드를 향해 하향으로 민다. 캐리어 및 웨이퍼는 CMP 공구의 연마 테이블 상의 회전 연마 패드 위에서 회전한다. 일반적으로, 연마 조성물(또한, 연마 슬러리로도 불림)은 연마 공정 동안 회전 웨이퍼와 회전 연마 패드 사이에 도입된다. 전형적으로, 연마 조성물은 최상부 웨이퍼 층(들)의 일부와 상호작용하거나 이들을 용해시키는 화학 물질, 및 상기 층(들)의 일부를 물리적으로 제거하는 연삭 물질을 함유한다. 웨이퍼 및 연마 패드는 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있고, 어느 쪽이든 수행되는 특정 연마 공정에 바람직하다. 또한, 캐리어는 연마 테이블 상의 연마 패드를 가로질러 진동할 수 있다.
웨이퍼 표면의 연마에 있어서, 연마 공정을 계내(in situ) 감시하는 것이 종종 유리하다. 연마 공정을 계내 감시하는 한 가지 방법은 천공 또는 창을 갖는 연마 패드의 사용을 포함한다. 천공 또는 창은 연마 공정 동안 웨이퍼 표면 검사를 허용하도록 광이 통과할 수 있는 포털(portal)을 제공한다. 천공 및 창을 갖는 패드의 연마는 공지되어 있고, 반도체 소자 표면과 같은 기판의 연마에 사용되고 있다. 예를 들어, 미국 특허 제5,605,760호는 슬러리를 흡수 또는 운반하는 자체 능력이 없는 솔리드(solid) 균일 중합체로부터 형성된 투명 창을 갖는 패드를 제공한다. 미국 특허 제5,433,651호는 광이 통과할 수 있는 천공을 제공하기 위해 일부가 제거된 연마 패드를 개시한다. 미국 특허 제5,893,796호 및 제5,964,643호는 연마 패드의 일부를 제거하여 천공을 제거하고 투명 폴리우레탄 또는 석영 플러그를 천공 내에 위치시켜 투명 창을 제공하거나, 또는 연마 패드의 백킹의 일부를 제 거하여 패드에 반투명성을 제공하는 것을 개시한다. 미국 특허 제6,171,181호 및 제6,387,312호는 유동성 재료(예, 폴리우레탄)을 빠른 냉각 속도로 고화시켜 형성된 투명 영역을 갖는 연마 패드를 개시한다.
단지 몇몇 재료만이 연마 패드 창에 유용한 것으로 개시되어 있다. 미국 특허 제5,605,760호는 폴리우레탄 솔리드 단편의 사용을 개시한다. 미국 특허 제5,893,796호 및 제5,964,643호는 폴리우레탄 플러그 또는 석영 삽입물 중 어느 하나의 사용을 개시한다. 미국 특허 제6,146,242호는 폴리우레탄 또는 투명 플라스틱, 예컨대 CLARIFLEX™ 테트라플루오로에틸렌-코-헥사플루오로프로필렌-코-비닐리덴 플루오라이드 삼원공중합체(웨스트레이크(Westlake)에서 시판됨)를 포함하는 창을 갖는 연마 패드를 개시한다. 솔리드 폴리우레탄으로 구성된 연마 패드 창은 화학 기계적 연마 동안에 쉽게 스크래칭되어 연마 패드의 수명 동안 광학 투과도가 꾸준히 감소하게 된다. 이것은 특히, 종료점 검출 시스템의 설정을 광투명도 손실이 보정되도록 계속 조절하여야 하기 때문에, 불리하다. 또한 패드 창, 예컨대 솔리드 폴리우레탄 창은 전형적으로 연마 패드의 나머지 부분보다 마모 속도가 더 느리므로, 바람직하지 않은 연마 결함을 유발하는 "혹(lump)"이 연마 패드에 형성된다. 상기 문제 중 몇몇을 다루기 위해, WO 01/683222는 CMP 동안 창의 마모 속도를 증가시키는 불연속성을 갖는 창을 개시한다. 불연속성은 창에 2종의 비혼화성 중합체의 블렌드 또는 고체, 액체 또는 기체 입자 분산물을 혼입하여 생성된다고 한다.
많은 공지된 창 재료가 그의 의도된 목적에 적합하지만, 효율적이고 저렴한 방법을 사용하여 생성되고 연마 패드의 수명 기간 동안에 걸쳐 일정한 광 투과도를 제공할 수 있는 반투명 영역을 갖는 효과적 연마 패드가 여전히 필요하다.
고급 CMP 연마 용도에서 발생하는 또 다른 문제는 목적하는 성능, 예컨대 보다 낮은 겸함, 보다 낮은 디슁(dishing) 및 부식을 달성하기 위한 최적화된 소비재에 대한 필요이다. 시판되는 패드는 공극 크기가 수 내지 수백 마이크로미터 범위인 넓은 스펙트럼을 갖는다. 연마제 및 금속 입자가 연마 동안 이 공극을 채워 세척하여 제거하기 어려운 것으로 생각된다. 그러한 오염물은 웨이퍼 스크래치를 유발하는 것으로 알려져 있고, 65 나노미터 이하의 노드(node)에서 특히 문제가 된다.
미세다공질 개방 또는 폐쇄 구조, 비다공질 구조, 및 다공질 개포형 상호연결 구조를 갖는 연마 패드는 당업계에 흔히 공지되어 있다. 예를 들어, 미국 특허 제4,138,228호, 제4,239,567호, 제5,489,233호, 제6,017,265호, 제6,062,968호, 제6,022,268호, 제6,106,754호, 제6,120,353호, 제6,126,532호, 제6,203,407호, 제6,217,434호, 제6,231,434호 및 제 6,287,185호 참조. 이러한 종래 기술의 단점은 공극이 극도로 넓은 공극 또는 기포(cell) 크기 분포로 및 상호연결된 공극 모폴로지(morphology)의 양호한 제어 없이 무작위 분포된다는 것이다. 보다 높은 결함, 및 디슁 및 부식에 대한 불량한 제어는 시판되는 패드의 그러한 모폴로지 특성에 기인하고 있다.
작고 보다 좁게 분포된 공극 크기 및 폐포 형태를 갖는 패드는 잔류물이 공극 내에 퇴적되는 것을 어렵게 하고, 패드 상에 남은 임의의 잔류물 제거를 용이하 게 할 것이다. 그러한 CMP 연마 패드에서 작은 공극의 좁은 크기 분포는 65 나노미터 이하의 노드에서 결함을 줄이는데 상당한 이점을 가질 것이다.
본 발명은 그러한 연마 패드, 및 그의 제조 및 사용 방법을 제공한다. 본 발명의 상기 및 다른 이점, 및 추가적인 발명적 특징은 하기 발명의 설명으로부터 명확해질 것이다.
발명의 간단한 요약
본 발명은 평균 공극 크기가 0.01 마이크로미터 내지 1 마이크로미터이고, 200 nm 내지 35,000 nm 범위의 하나 이상의 광 파장에 대한 광투과도가 10％ 이상인 화학 기계적 연마 패드 기재를 제공한다. 본 발명은 또한 화학 기계적 연마 장치 및 작업편(workpiece)의 연마 방법을 제공한다. CMP 장치는 (a) 회전 정반, (b) 본 발명의 연마 패드 기재를 포함하는 연마 패드, 및 (c) 회전 연마 패드에 접촉시켜 연마할 작업편을 고정하는 캐리어를 포함한다. 연마 방법은 (i) 작업편을 본 발명의 연마 패드 기재를 포함하는 연마 패드와 접촉시키는 단계, 및 (ii) 연마 패드를 작업편에 대해 움직여 작업편을 연삭함으로써 작업편을 연마하는 단계를 포함한다.
본 발명의 특히 바람직한 면은 0.01 마이크로미터 내지 10 마이크로미터 범위의 좁은 공극 크기 분포를 특징으로 하는 미세다공질 폐포형 발포체를 포함하는 화학 기계적 연마 패드 기재를 제공한다. 연마 패드 기재는 중합체 수지를 솔리드 중합체 시트로 압출하고, 상승된 압력 및 온도 하에서 중합체 시트가 포화될 때까지 고체 중합체 시트를 초임계 기체와 배합하고, 기체 포화 중합체 시트로부터 연마 패드 기재를 형성함으로써 제조한다. 본 발명은 또한 연마 패드 기재를 사용하기 위한 화학 기계적 연마 장치를 제공한다. CMP 장치는 회전 정반, 본 발명의 연마 패드 기재, 및 회전 연마 패드에 접촉시켜 연마할 작업편을 고정하는 캐리어를 포함한다.
도 1은 시판되는 프로이덴베르크(Freudenberg) FX-9 패드와 본 발명의 패드의 Cu 제거 속도 비교를 보여준다.
도 2는 도 1의 Cu 연마에서의 웨이퍼 내부 불균일도 데이터를 보여준다.
발명의 상세한 설명
본 발명은 폐포 및 다공질 중합체 재료를 포함하는 화학 기계적 연마 패드 기재에 대한 것이다. 연마 패드 기재는 연마 패드 내부의 일부분일 수도 있고, 또는 연마 패드 기재는 전체 연마 패드일 수도 있다(예, 전체 연마 패드 또는 연마용 상부 패드가 투명함). 일부 실시양태에서 연마 패드 기재는 다공질 중합체 재료로 이루어지거나, 또는 그로 본질적으로 이루어진다. 연마 패드 기재는 0.5 ㎤ 이상(예, 1 ㎤ 이상)의 연마 패드 부피를 포함한다.
연마 패드 기재의 다공질 중합체 재료의 평균 공극 크기는 0.01 마이크로미터 내지 10 마이크로미터이다. 바람직하게는, 평균 기포 크기 분포는 0.05 마이크로미터 내지 5 마이크로미터 범위이다. 특정 이론에 매이기를 원하지 않으나, 1 마이크로미터보다 큰 공극 크기는 입사 복사선을 산란할 것인 반면, 1 마이크로미 터 미만의 공극 크기는 입사 복사선을 보다 적게 산란하거나, 또는 입사 복사선을 전혀 산란하지 않음으로써, 바람직한 투명도를 갖는 연마 패드 기재를 제공한다고 생각된다.
연마 패드 기재의 다공질 중합체 재료는 매우 균일한 공극 크기(즉, 기포 크기) 분포를 갖는다. 전형적으로, 다공질 재료의 공극(예, 기포)의 75％ 이상(예, 80％ 이상, 또는 85％ 이상)이 ±0.5 ㎛ 이하(예, ±0.3 ㎛ 이하, 또는 ±0.2 ㎛ 이하)의 공극 크기 분포를 갖는다. 달리 말해, 다공질 재료의 공극의 75％ 이상(예, 80％ 이상, 또는 85％ 이상)은 평균 공극 크기의 0.5 ㎛ 이하(예, 0.3 ㎛ 이하, 또는 0.2 ㎛ 이하) 이내인 공극 크기를 갖는다. 바람직하게는 다공질 재료의 공극(예, 기포)의 90％ 이상(예, 93％ 이상, 또는 95％ 이상)이 ±0.5 ㎛ 이하(예, ±0.3 ㎛ 이하, 또는 ±0.2 ㎛ 이하)의 공극 크기 분포를 갖는다.
전형적으로, 연마 패드 기재의 다공질 중합체 재료는 우세하게 폐포(즉, 공극)를 포함한다. 본 발명의 다공질 재료는 바람직하게는 70％ 이상의 폐포를 포함한다. 연마 패드는 75 쇼어(Shore) A 내지 75 쇼어 D의 경도를 갖는 것이 이상적이다.
연마 패드 기재의 다공질 재료는 임의의 적합한 밀도 또는 공극 부피를 가질 수 있다. 전형적으로, 다공질 재료의 밀도는 0.2 g/㎤ 이상(예, 0.3 g/㎤ 이상, 또는 심지어 0.4 g/㎤ 이상), 바람직하게는 0.5 g/㎤ 이상(예, 0.7 g/㎤ 이상, 또는 심지어 0.9 g/㎤ 이상)이다. 공극 부피는 전형적으로 95％ 이하(예, 75％ 이하, 또는 심지어 50％ 이하), 바람직하게는 25％ 이하(예, 15％ 이하, 10％ 이하, 또는 심지어 5％ 이하)이다. 전형적으로, 다공질 재료의 기포 밀도는 105 기포/㎤ 이상(예, 106 기포/㎤ 이상)이다. 기포 밀도는 OPTIMAS® 상형성 소프트웨어 및 IMAGEPRO® 상형성 소프트웨어(둘 다 미디어 사이버네틱스(Media Cybernetics) 제품임), 또는 CLEMEX VISION® 상형성 소프트웨어(클레멕스 테크놀로지스(Clemex Technologies) 제품임)와 같은 상 분석 소프트웨어 프로그램을 이용하여 다공질 재료의 단면 영상(예, SEM 영상)을 분석하여 측정한다.
연마 패드 기재의 다공질 재료는 임의의 적합한 중합체 수지를 포함할 수 있다. 다공질 재료는 바람직하게는 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머성 고무, 스티렌 중합체, 폴리방향족 중합체, 플루오로중합체, 폴리이미드, 가교 폴리우레탄, 가교 폴리올레핀, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리아크릴레이트, 엘라스토머성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체 및 블록 공중합체, 및 이들의 혼합물 및 블렌드로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체 수지를 포함한다. 바람직하게는, 중합체 수지는 열가소성 폴리우레탄이다.
중합체 수지는 전형적으로 예비형성(pre-formed) 중합체 수지이지만, 중합체는 또한 당업계에 다수 공지된 임의의 적합한 방법에 따라 계내 형성될 수도 있다(예를 들어, 문헌[Szycher's Handbook of Polyurethanes, CRC Press: New York, 1999, Chapter 3] 참조). 예를 들어, 열가소성 폴리우레탄은 우레탄 예비중합체, 예컨대 이소시아네이트, 디이소시아네이트 및 트리이소시아네이트 예비중합체와 이소시아네이트-반응성 잔기를 함유하는 예비중합체의 반응에 의해 계내 형성될 수 있다. 적합한 이소시아네이트-반응성 잔기는 아민 및 폴리올을 포함한다.
중합체 수지의 선택은 부분적으로 중합체 수지의 유변성(rheology)에 따라 달라질 것이다. 유변성은 중합체 용융물의 유동 거동이다. 뉴톤 유체(Newtonian fluid)의 경우, 점도는 전단 응력(즉, 접선 응력, σ)과 전단 속도(즉, 속도 구배, dγ/dt)의 비율로 정의되는 상수이다. 그러나, 비뉴톤 유체의 경우, 전단 속도 증점(팽창(dilatant)) 또는 전단 속도 감점(의소성(pseudo-plastic))이 발생할 수 있다. 전단 속도 감점의 경우, 전단 속도 증가에 따라 점도가 감소한다. 중합체 수지를 용융 제조(예, 압출, 사출 성형) 공정에 사용될 수 있게 하는 것이 바로 이 성질이다. 전단 속도 감점의 임계 영역을 식별하기 위해서는, 중합체 수지의 유변성이 측정되어야 한다. 유변성은 용융된 중합체 수지를 일정 압력하에 특정 길이의 모세관에 강제로 통과시키는 모세관 기술에 의해 측정할 수 있다. 상이한 온도에서 겉보기 전단 속도와 점도를 플롯팅함으로써, 점도와 온도의 관계를 측정할 수 있다. 유변성 공정 지수(Rheology Processing Index; RPI)는 중합체 수지의 임계 영역을 식별하는 파라미터이다. RPI는 기준 온도에서의 점도와 일정한 전단 속도에서 20℃의 온도 변화 후 점도의 비율이다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 경우, 150 1/s의 전단 속도 및 205℃의 온도에서 측정한 RPI는 바람직하게는 2 내지 10(예, 3 내지 8)이다.
또 다른 중합체 점도 측정치는, 주어진 온도 및 압력에서 일정 시간에 걸쳐 모세관으로부터 압출되는 용융 중합체의 양(그램)을 기록한 용융 유동 지수(Melt Flow Index; MFI)이다. 예를 들어, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체(예, 폴리카르보네이트 실리콘계 공중합체, 폴리우레탄 플루오린계 공중합체, 또는 폴리우레탄 실록산-세크멘티드 공중합체)인 경우, MFI는 바람직하게는 210℃의 온도 및 2160 g의 하중에서 10분 동안 20 이하(예, 15 이하)이다. 중합체 수지가 엘라스토머성 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체(예, 에틸렌 α-올레핀을 포함하는 공중합체, 예컨대 엘라스토머성 또는 일반 에틸렌-프로필렌, 에틸렌-헥센, 에틸렌-옥텐 등, 메탈로센계 촉매로부터 제조된 엘라스토머성 에틸렌 공중합체, 또는 폴리프로필렌-스티렌 공중합체)인 경우, MFI는 바람직하게는 210℃의 온도 및 2160 g의 하중에서 10분 동안 5 이하(예, 4 이하)이다. 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트인 경우, MFI는 바람직하게는 210℃의 온도 및 2160 g의 하중에서 10분 동안에 8 이하(예, 5 이하)이다.
중합체 수지의 유변성은 중합체 수지의 분자량, 다분산도(PDI), 장쇄 분지 또는 가교의 정도, 유리 전이 온도(Tg), 및 용융 온도(Tm)에 따라 달라질 수 있다. 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄 또는 폴리우레탄 공중합체(예, 상기한 공중합체)인 경우, 중량평균 분자량(Mw)은 전형적으로 50,000 g/mol 내지 300,000 g/mol, 바람직하게는 70,000 내지 150,000 g/mol이고, 이 때 PDI는 1.1 내지 6, 바람직하게는 2 내지 4이다. 전형적으로, 열가소성 폴리우레탄은 유리 전이 온도가 20℃ 내지 110℃이고, 용융 전이 온도가 120℃ 내지 250℃이다. 중합체 수지가 엘라스 토머성 폴리올레핀 또는 폴리올레핀 공중합체(예, 상기한 공중합체)인 경우, 중량평균 분자량(Mw)은 전형적으로 50,000 g/mol 내지 400,000 g/mol, 바람직하게는 70,000 g/mol 내지 300,000 g/mol이며, 이 때 PDI는 1.1 내지 12, 바람직하게는 2 내지 10이다. 중합체 수지가 나일론 또는 폴리카르보네이트인 경우, 중량평균 분자량(Mw)은 전형적으로 50,000 g/mol 내지 150,000 g/mol, 바람직하게는 70,000 g/mol 내지 100,000 g/mol이며, 이 때 PDI는 1.1 내지 5, 바람직하게는 2 내지 4이다.
다공질 재료로 선택된 중합체 수지는 바람직하게는 특정한 기계적 성질을 갖는다. 예를 들어, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 경우, 굴곡 모듈러스(ASTM D790)은 바람직하게는 130 MPa(약 20,000 psi) 내지 1,200 MPa(약 170,000 psi)이고, 평균 ％ 압축도(compressibility)는 8 이하이고, 평균 ％ 반발(rebound)은 30 이상이고, 쇼어 D 경도(ASTM D2240-95)는 40 내지 90(예 50 내지 80)이다.
본 발명의 연마 패드 기재는 200 nm 내지 35,000 nm 범위의 하나 이상의 광 파장에 대한 광투과도가 10％ 이상(예, 20％ 이상)이다. 바람직하게는, 다공질 재료는 200 nm 내지 35,000 nm 범위의 하나 이상의 광 파장(예, 200 nm 내지 10,000 nm, 또는 200 nm 내지 1,000 nm, 또는 심지어 200 nm 내지 800 nm)에 대한 광투과도가 30％ 이상(예, 40％ 이상, 또는 심지어 50％ 이상)이다. 연마 패드 기재의 광투과도는 적어도 부분적으로 밀도, 공극 부피, 굴곡 모듈러스, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군에서 선택된 다공질 재료 특성을 조절하여 결정한다.
본 발명의 연마 패드 기재는 연마 패드 기재의 수명 동안 광투과도의 개선된 일관성을 제공한다. 이 특징은 공극이 연마 패드 기재의 두께 전체에 존재한다는 사실에 기인한다. 즉, 패드의 표면이 연마 동안 제거될 경우, 표면 밑의 재료는 실질적으로 유사한 다공도 및 거칠기를 가지므로, 패드 본래의 상부 표면과 실질적으로 유사한 연마 특성 및 광투과도 특성을 갖는다. 또한, 연마 패드 기재의 투과도는 평균적으로 공극이 없는 동일 재료로 제조된 패드의 투과도보다 낮은데, 이는 거칠기 때문이다. 따라서, 연마 동안의 연마 패드 기재의 마모로부터 발생되는 임의의 변화로 인한 광산란의 퍼센트 변화는 적어진다. 바람직하게는, 연마 패드 기재의 광투과도는 연마 패드 기재의 수명에 걸쳐 20％ 미만(예, 10％ 미만, 또는 심지어 5％ 미만)으로 감소한다. 이러한 변화들이 함께 작용하여 연마 패드 기재의 수명에 걸쳐 종료점 검출 시스템의 게인(gain)을 조절할 필요를 줄이거나 또는 심지어 회피한다. 예를 들어, 본 발명의 연마 패드 기재의 광투과도 일관성은 종래 기술의 솔리드, 또는 거의 솔리드 폴리우레탄 창과 비교될 수 있다. 솔리드 폴리우레탄 창은 연마 전에는 일정한 표면 특성을 갖지만, 연마 동안에는 창이 연삭되고 스크래치되어 일관되지 않은 표면 특성이 발생된다. 따라서, 종료점 검출 시스템은 연마 동안 발생하는 스크래치 각각의 새로운 패턴에 반응하여 계속적으로 조절되어야 했다. 대조적으로, 본 발명의 연마 패드 기재는 연마 동안 및 연마 동안의 연삭 후에도 실질적으로 변하지 않고 유지되는 거친(roughened) 표면으로 시작하므로, 종료점 검출 설정이 연마 패드 기재의 수명에 걸쳐 실질적으로 변하지 않고 유지될 수 있다.
본 발명의 연마 패드 기재 중의 공극의 존재는 연마 특성에 상당히 이로운 효과를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 경우, 공극은 연마 슬러리를 흡수 및 운반할 수 있다. 따라서, 투과 영역은 연마 패드의 나머지 부분과 실질적으로 동일한 연마 특성을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 투과성 연마 패드 기재는 그의 표면 질감(texture)으로 인해, 전적으로 연마에만 사용되는 연마 패드의 제2의 불투명한 부분에 대한 필요 없이 연마 표면으로서 유용하게 된다.
본 발명의 연마 패드 기재는 임의로는 특정 파장(들)의 광을 선택적으로 투과시킬 수 있도록 하는 염료를 추가로 포함한다. 염료는 원치 않는 파장의 광(예, 배경 광)을 걸러내어 검출의 신호 대 잡음비를 개선하는 작용을 한다. 연마 패드 기재는 임의의 적합한 염료를 포함하거나, 또는 염료의 조합을 포함할 수 있다. 적합한 염료는 폴리메틴 염료, 디- 및 트리-아릴메틴 염료, 다아릴메틴 염료의 아자 유사체, 아자(18) 아눌렌 염료, 천연 염료, 니트로 염료, 니트로소 염료, 아조 염료, 안트라퀴논 염료, 황 염료 등을 포함한다. 바람직하게는, 염료는 검출 파장의 광의 흡수를 최소화하거나 전혀 흡수하지 않으면서 계내 종료점 검출에 사용되는 파장의 광을 실질적으로 투과시키도록 선택된다. 예를 들어, 종료점 검출(EPD) 시스템의 광원이 540 내지 570 nm의 파장을 갖는 가시광을 생성하는 HeNe 레이저인 경우, 염료는 바람직하게는 적색 염료이다.
본 발명의 연마 패드 기재는 당업계에 다수 공지된 임의의 적합한 기술을 사용하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 기재는 (a) 뮤셀(mucell) 공정, (b) 졸-겔 공정, (c) 상 반전(phase inversion) 공정, (d) 스피노달(spinodal) 또 는 바이노달(binodal) 분해 공정, 또는 (e) 가압 기체 주입 공정에 의해 제조될 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드 기재는 가압 기체 주입 공정에 의해 제조된다.
뮤셀 공정은 (a) 중합체 수지를 초임계 기제와 배합하여 단일 상 용액을 생성하고, (b) 단일 상 용액으로부터 본 발명의 연마 패드 기재를 형성하는 것을 포함한다. 중합체 수지는 전술한 중합체 중 어느 것이나 될 수 있다. 초임계 기체는 기체가 유체(즉, 초임계 유체, SCF)처럼 거동하는 초임계 상태를 생성하는데 충분하게 상승된 온도(예, 100℃ 내지 300℃) 및 압력(예, 5 MPa(약 800 psi) 내지 40 MPa(약 6,000 psi))에 기체를 둠으로써 생성된다. 기체는 탄화수소, 클로로플루오로카본, 히드로클로로플루오로카본(예, 프레온), 질소, 이산화탄소, 일산화탄소, 또는 이들의 조합일 수 있다. 바람직하게는, 기체는 비인화성 기체, 예컨대 C-H 결합을 함유하지 않는 기체이다. 중합체 수지와 초임계 기체의 단일 상 용액은 전형적으로 기계 배럴에서 초임계 기체를 용융된 중합체 수지와 블렌딩하여 제조한다. 이어서 단일 상 용액을 주형에 주입할 수 있으며, 여기에서 기체가 팽창하여 용융된 중합체 수지 내부에 매우 높은 공극 크기 균일도를 갖는 공극 구조를 형성한다. 단일 상 용액 중의 초임계 기체 농도는 전형적으로 단일 상 용액의 총 부피의 0.01％ 내지 5％(예, 0.1％ 내지 3％)이다. 상기 및 부가적인 공정 특징은 미국 특허 제6,248,810호에 보다 상세히 기재되어 있다. 마이크로셀 구조는 용액의 ㎤ 당 105 초과의 기핵 부위(nucleation site)를 생성하기에 충분한 단일 상 용액 중의 열역학적 불안정성을 생성함으로써(예, 온도 및/또는 압력을 빠르게 변화 시킴으로써) 형성한다. 기핵 부위는 용해된 초임계 기체 분자가, 다공질 재료의 기포로 성장하는 클러스터(cluster)를 형성하는 부위이다. 기핵 부위의 수는 기핵 부위의 수가 중합체 재료 내에 형성된 기포의 수와 대략 동일하다고 가정하여 추정한다. 전형적으로, 열역학적 불안정성은 단일 상 용액을 함유하는 주형 또는 다이의 출구에서 유도된다. 다공질 재료는 단일 상 용액으로부터, 중합체 시트로의 압출, 다층 시트의 공압출, 사출 성형, 압축 성형, 취입 성형, 취입 필름, 다층 취입 필름, 캐스트 필름, 열형성 및 적층을 포함한 임의의 적합한 기술에 의해 형성할 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드 기재(예, 다공질 재료)는 압출 또는 사출 성형에 의해 형성된다. 다공질 재료의 공극 크기는 적어도 부분적으로 초임계 기체의 온도, 압력 및 농도, 및 이들의 조합에 의해 조절된다.
졸-겔 공정은 조절가능한 공극 크기, 표면적 및 공극 크기 분포를 갖는 3차원 금속 산화물 그물구조(예, 실록산 그물구조)의 제조를 포함한다. 그러한 3차원 그물구조(즉, 졸-겔)은 당업계에 다수 공지된 다양한 방법을 사용하여 제조할 수 있다. 적합한 방법은 단일 단계(예, "원-팟(one-pot)") 방법 및 2단계 방법을 포함한다. 한 방법에서 적당한 pH 및 염 농도 조건에서 자발적으로 축합하여 규소계 그물구조를 형성하는 묽은 실리카(예, 규산나트륨) 수용액을 제조한다. 다른 전형적인 방법은 물 및 알콜을 함유하는 용매 중에 두었을 때 알콕사이드 리간드의 가수분해 및 축합(예, 중축합)을 일으켜 M-O-M 결합(예, Si-O-Si 실록산 결합)을 생성하는 금속 알콕사이드 전구체(예, M(OR)4, 여기서, M은 Si, Al, Ti, Zr, 또는 이 들의 조합이고, R은 알킬, 아릴, 또는 이들의 조합임)의 사용을 포함한다. 임의로는, 양성자성 산(예, HCl) 및 염기(예, 암모니아)와 같은 촉매를 사용하여 가수분해 및 축합 반응의 속도론을 개선할 수 있다. 2단계 방법은 전형적으로 예비중합체 테트라에틸 오르토실리케이트(TEOS)와 같은 예비중합 전구체의 사용을 포함한다. M-O-M 결합의 수가 증가함에 따라, 용매(예, 물)로 채워진 공극을 함유하는 3차원 그물구조가 형성된다. 용매를 알콜로 교환하여 알코겔(alcogel)이라고 하는 구조를 형성한다. 용매의 단순 증발은 전형적으로 솔리드 3차원 그물구조의 상당한파괴를 초래하여 크세로겔(xerogel)의 형성을 유발한다. 고체 3차원 그물구조의 상당한 파괴를 유발하지 않는 보다 바람직한 건조 기술은 초임계 추출이다. 초임계 추출은 전형적으로 솔리드 3차원 그물구조를 적합한 저분자량 팽창제(예, 알코겔에 존재하는 알콜, 특히 메탄올, 또는 기체/용매 교환에 의해 얻어지는 CO2 기체)와 배합하고 팽창제의 임계점보다 높은 온도 및 압력을 혼합물에 가하는 것을 포함한다. 이러한 조건하에서, 솔리드 재료의 유리화(vitrification), 가교 또는 중합이 발생한다. 이어서 압력을 서서히 낮추어 팽창제가 유리화된 구조 밖으로 확산되어 나가게 한다. 생성된 졸-겔 재료는 에어로겔이라고 하며 평균 공극 크기 및 공극 크기 분포를 조절할 수 있는 마이크로셀 공극 구조를 갖는다. 그러한 에어로겔 재료는 250 nm 초과의 파장을 갖는 가시광 또는 자외선 광에 대해 투명할 수 있다. 혼성 유기-무기 졸-겔 재료도 또한 투명하거나, 또는 적어도 부분적으로 투명할 수 있다. 혼성 졸-겔 재료는 전형적으로 무기 및 유기기를 둘 다 함유하는 화 학적 전구체를 사용하여 제조한다. 3차원 M-O-M 그물구조가 그러한 전구체로부터 형성될 경우, 유기기는 공극 구조 내부에 갇힐 수 있다. 공극 크기는 적당한 유기기의 선택을 통해 조절할 수 있다. 혼성 졸-겔 재료의 예는 점토-폴리아미드 혼성 재료 및 금속 산화물-중합체 혼성 재료를 포함한다.
상 반전 공정은 중합체의 Tm 또는 Tg 초과로 가열한 중합체 수지의 극도로 미세한 입자를 고속 교반되는 비용매(non-solvent) 중에 분산하는 것을 포함한다. 중합체 수지는 전술한 중합체 수지 중 어느 것이나 될 수 있다. 비용매는 높은 플로리-허긴스(Flory-Higgins) 중합체-용매 상호작용 파라미터(예, 0.5 초과의 플로리-허긴스 상호작용 파라미터)를 갖는 임의의 적합한 용매일 수 있다. 그러한 중합체-용매 상호작용은 문헌[Ramanathan et al., Polymer Data Handbook, Ed. James E. Mark, Oxford University Press, New York, p. 874, c. 1999; Oberth. Rubber Chem. and Technol. 1984, 63, 56; Barton in CRC Handbook of Solubility Parameters and Other Cohesion Parameters CRC Press, Boca Raton, FL, 1983, p. 256; and Prasad et al. Macromolecules 1989, 22, 914]에 보다 상세히 논의되어 있다. 예를 들어, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄, 방향족 에테르계 폴리우레탄인 경우, 강한 극성 용매, 예컨대 에테르, 케톤, 클로로포름, 디메틸포름아미드 등은 0.3 미만의 상호작용 파라미터를 가지며, 중합체의 "양용매"로서 작용할 것이다. 반면, 시클로헥산, 시클로부탄 및 n-알칸과 같은 탄화수소 용매는 0.5 초과의 상호작용 파라미터를 가지며, 빈용매 또는 "비용매"로서 기능할 것이다. 플로리- 허긴스 상호작용 파라미터는 온도에 민감하므로, 고온에서는 양용매인 용매가 보다 저온에서는 비용매가 될 수도 있다. 비용매에 첨가된 미세 중합체 수지 입자의 수가 증가함에 따라, 미세 중합체 수지 입자들이 연결되어 처음에는 덩굴손(tendril)으로서 형성되고 궁극적으로는 3차원 중합체 그물구조로서 형성된다. 이어서 비용매 혼합물을 냉각시켜 비용매가 3차원 중합체 그물구조 내부에 분리된 액적으로 형성되도록 한다. 생성된 재료는 마이크로미터 미만의 공극 크기를 갖는 중합체 재료이다.
스피노달 또는 바이노달 분해 공정은 중합체-중합체 혼합물 또는 중합체-용매 혼합물의 온도 및/또는 부피 분율을 조절하여, 혼합물이 단일 상 영역에서 2상 영역으로 이동하도록 하는 것을 포함한다. 2상 영역 내에서, 중합체 혼합물의 스피노달 분해 또는 바이노달 분해가 일어날 수 있다. 분해는 중합체-중합체 혼합물이 비평형 상태에서 평형 상태로 변화하는 공정을 가리킨다. 스피노달 영역에서, 혼합 곡선의 자유 에너지는 음(negative)이므로, 중합체의 상분리(즉, 2상 재료의 형성), 또는 중합체와 용매의 상 분리는 부피 분율의 작은 변동(fluctuation)에 반응하여 자발적이다. 바이노달 영역에서, 중합체 혼합물은 부피 분율의 작은 변동에 대해서는 안정하므로, 상분리된 재료를 얻기 위해서 기핵 및 성장을 필요로 한다. 2상 영역(즉, 바이노달 또는 스피노달 영역) 내의 온도 및 부피 분율에서의 중합체 혼합물의 침전은 2개의 상을 갖는 중합체 재료의 형성을 유발한다. 중합체 혼합물에 용매 또는 기체가 들어있다면, 이상(biphasic) 중합체 재료는 상분리 계면에 마이크로미터 미만의 공극을 함유할 것이다. 중합체는 바람직하게는 전술한 중합체 수지를 포함한다.
가압 기체 주입 공정은 고온 및 고압을 사용하여 중합체 수지를 포함한 솔리드 중합체 시트에 기체를 강제 주입하는 것을 포함한다. 중합체 수지는 전술한 중합체 수지 중 어느 것이나 될 수 있다. 고체 압출 시트를 실온에서 압력 용기에 넣는다. 기체(예, N2 또는 CO2)를 용기에 첨가하고, 초임계 유체와 같은 적당량의 기체를 중합체 시트의 자유 부피 내로 강제 주입하기 충분한 수준으로 용기를 가압한다. 중합체에 용해되는 기체의 양은 헨리의 법칙(Henry's law)에 따라, 적용된 압력에 직접 비례한다. 중합체 시트의 온도 증가는 기체의 중합체 내로의 확산 속도를 증가시키지만, 중합체 시트에 용해될 수 있는 기체의 양을 감소시키기도 한다. 가압 기체가 중합체를 완전히 포화시키면, 시트를 가압 용기에서 꺼낸다. 압력 이완은 중합체의 발포체 형성을 유발한다. 생성된 중합체 발포체는 전형적으로 0.5 마이크로미터 내지 1 마이크로미터 범위의 평균 기포 크기를 갖는다. 바람직할 경우, 중합체 시트를 연화 또는 용융 상태로 신속하게 가열할 수 있다. 뮤셀 공정에서와 같이, 다공질 재료의 공극 크기는 적어도 부분적으로 초임계 기체의 온도, 압력 및 농도, 및 이들의 조합에 의해 조절된다.
성공적인 가압 기체 주입 공정을 위한 바람직한 중합체 재료는 경도가 40 쇼어 D 내지 80 쇼어 D 범위이고, Mw가 20,000 내지 600,000이고, PDI가 1 내지 6인 열가소성 폴리우레탄(TPU)이다. 중합체 수지는 바람직하게는 또한 210℃에서 2160 g 하중하에 측정한 MFI가 0.1 내지 30이고, 굴곡 모듈러스가 25 psi 내지 200,000 psi이고, RPI가 2 내지 10이고, 유리 전이 온도가 20℃ 내지 120℃이다.
실시예 1
표 1에 주어진 패드 샘플의 전형적 특성을, 솔리드 시트 밀도가 1.2 g/cc이고, 수지 경도가 72 쇼어 D이고, 시트 두께가 58 밀(mil)이고, 포화 CO2 압력이 5 MPa이고, 포화 시간이 40시간이고, CO2 탈착 시간이 3분이고, 발포 시간이 2분인 압출 TPU 시트로부터 얻었다. 샘플 A 및 B에 대해 각각 106℃ 및 111℃의 발포 온도를 사용하였다. 각 시트를 발포하기 위해 사용된 CO2의 양은 샘플 A의 경우 43 mg CO2/g 중합체, 샘플 B의 경우 중합체 g 당 53 mg CO2/g 중합체였다.
패드 특성
샘플 쇼어 A ρp(g/cc) ρp/ρs 셀 크기(㎛) ％R/％C Tg(℃)
A 96.5 0.988 83％ 0.5 ㎛±0.28 ㎛ 0.06 44
B 95.5 0.850 71％ 1.4 ㎛ ± 1.2 ㎛ 0.08 46
시판용 패드(프로이덴베르크 FX-9)와 본 발명의 샘플 A 패드 간의 구리 연마 비교 시험을 미러(Mirra) 연마기 상에서 하부 패드 및 x-y 홈이 있는 20 인치(508 cm) 직경의 패드를 사용하여 수행하였다. 도 1 및 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 샘플 A 패드(나노셀이라고 표시됨)는 시판되는 FX-9 패드에 비해 더 높은 Cu 제거 속도를 제공하면서, 비슷한 웨이퍼 내부 불균일도(WIWNU)를 제공하였다.
본 발명의 연마 패드 기재가 연마 패드의 단지 일부만을 구성하는 경우, 연마 패드 기재는 임의의 적합한 기술을 사용하여 연마 패드에 장착될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 기재는 접착제 사용을 통해 연마 패드에 장착될 수 있다. 연마 패드 기재는 연마 패드의 윗 부분에 장착될 수도 있고(예, 연마 표면), 또는 연마 패드의 아래 부분에 장착될 수도 있다(예, 하부 패드). 연마 패드 기재는 임의의 적합한 치수 및 형상, 예컨대 원형, 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형 등을 가질 수 있다. 연마 패드 기재는 연마 패드의 연마 표면과 함께 플러싱되도록 배치될 수도 있고, 또는 연마 패드의 연마 표면으로부터 후퇴하여 있을 수도 있다. 연마 패드는 본 발명의 연마 패드 기재를 하나 이상 포함할 수 있다. 연마 패드 기재(들)은 연마 패드의 중심 및/또는 주변에 대해 연마 패드 상의 임의의 적합한 위치에 배치될 수 있다.
연마 패드 기재를 배치해 넣는 연마 패드는 당업계에 다수 공지된 임의의 적합한 연마 패드 재료로 구성될 수 있다. 연마 패드는 전형적으로 불투명하거나, 또는 단지 부분적으로 반투명이다. 연마 패드는 임의의 적합한 중합체 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 전형적으로 열가소성 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄, 열가소성 폴리올레핀, 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 엘라스토머성 고무, 엘라스토머성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 이들의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 중합체 수지를 포함한다. 연마 패드는 소결, 사출 성형, 취입 성형, 압출 등을 포함한 임의의 적합한 방법에 의해 제조될 수 있다. 연마 패드는 솔리드 및 비다공질이거나, 미세 다공질 폐포를 함유거나, 개포를 함유하거나, 중합체로부터 성형된 섬유 웹을 포함할 수 있다.
본 발명의 연마 패드 기재를 포함한 연마 패드는, 임의로는 연마 패드 표면을 가로지르는 연마 조성물의 횡방향 운반을 용이하게 하는 홈, 채널 및/또는 천공을 추가로 포함하는 연마 표면을 갖는다. 그러한 홈, 채널 또는 천공은 임의의 적합한 패턴으로 존재할 수 있고, 임의의 적합한 깊이 및 폭을 가질 수 있다. 연마 표면은 미국 특허 제5,489,233호에 기재된 것과 같은 큰 홈 및 작은 홈의 조합과 같은 2 가지 이상의 상이한 홈 패턴을 가질 수 있다. 홈은 경사진 홈, 동심 홈, 나선 홈 또는 원형 홈, 및 XY 교차(crosshatch) 패턴의 형태로 존재할 수 있고, 접속성(connectivity)에 있어서 연속 또는 불연속일 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드는 적어도 표준 패드 컨디셔닝 방법으로 생성한 작은 홈을 포함한다.
본 발명의 연마 패드 기재를 포함하는 연마 패드는 연마 패드 기재 이외에 하나 이상의 다른 특징부 또는 성분을 포함할 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 임의로는 상이한 밀도, 경도, 다공도 및 화학 조성의 영역을 포함할 수 있다. 연마 패드는 임의로는 연마제 입자(예, 금속 산화물 입자), 중합체 입자, 수용성 입자, 흡수성 입자, 중공 입자 등을 포함하는 고체 입자를 포함할 수 있다.
본 발명의 연마 패드 지재를 포함한 연마 패드는 화학 기계적 연마(CMP) 장치과 조합하여 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, 장치는 사용될 경우, 움직이며 궤도, 선형 또는 원형 움직임으로부터 유발되는 속도를 갖는 정반(platen), 정반과 접촉하여 정반이 움직일 때 함께 움직이는 본 발명의 연마 패드 기재를 포함하는 연마 패드, 및 연마 패드의 표면과 접촉되어 그에 대해 움직임으로써 연마될 작업편을 고정하는 캐리어를 포함한다. 작업편의 연마는, 작업편을 연마 패드와 접촉시킨 후, 전형적으로는 그 사이의 연마 조성물과 함께 연마 패드를 작업편에 대해 움직임으로써 작업편의 적어도 일부가 연삭되어 작업편이 연마되도록 실시한다. 연마 조성물은 전형적으로 액체 담체(예, 수성 담체), pH 조절제, 및 임의로는 접착제를 포함한다. 연마되는 작업편의 종류에 따라, 연마 조성물은 임의로는 산화제, 유기산, 착화제, pH 완충제, 계면활성제, 부식억제제, 소포제 등을 추가로 포함할 수도 있다. CMP 장치는 임의의 적합한 CMP 장치일 수 있으며, 그러한 장치는 다수가 당업계에 공지되어 있다. 본 발명의 연마 패드 기재를 포함한 연마패드는 또한 선형 연마 공구와 함께 사용될 수도 있다.
바람직하게는, CMP 장치는 또한 당업계에 다수 공지되어 있는 계내 연마 종료점 검출 시스템을 추가로 포함할 수 있다. 작업편의 표면으로부터 반사되는 광 또는 다른 복사선을 분석하여 연마 공정을 조사 및 감시하는 기술은 당업계에 공지되어 있다. 그러한 방법은 예를 들어 미국 특허 제5,196,353호, 미국 특허 제5,433,651호, 미국 특허 제5,609,511호, 미국 특허 제5,643,046호, 미국 특허 제5,658,183호, 미국 특허 제5,730,642호, 미국 특허 제5,838,447호, 미국 특허 제5,872,633호, 미국 특허 제5,893,796호, 미국 특허 제5,949,927호 및 미국 특허 제5,964,643호에 기재되어 있다. 바람직하게는, 연마되는 작업편에 대한 연마 공정 진행의 조사 또는 감시는 연마 종료 지점의 결정, 즉 특정 작업편에 대한 연마 공정을 종료해야 할 때의 결정을 가능하게 한다.
본 발명의 연마 패드 기재를 포함한 연마 패드는 단독으로 사용되거나, 또는 임의로는 다층 적층 연마 패드의 한 층으로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드는 하부 패드와 조합으로 사용될 수 있다. 하부 패드는 임의의 적합한 하부 패드일 수 있다. 적합한 하부 패드는 폴리우레탄 발포체 하부 패드(예, 로저스 코포레이션(Rogers Corporation)의 PORON® 발포체 하부 패드), 함침된 펠트 하부 패드, 미세다공질 폴리우레탄 하부 패드, 또는 소결 우레탄 하부 패드를 포함한다. 하부 패드는 전형적으로는 본 발명의 연마 패드 기재를 포함한 연마 패드보다 더 연질이므로, 연마 패드보다 압축성이 더 크고, 쇼어 경도는 더 낮다. 예를 들어, 하부 패드는 쇼어 A 경도가 35 내지 50이다. 일부 실시양태에서, 하부 패드는 연마 패드보다 더 경질이고, 압축성이 더 낮으며 쇼어 경도가 더 높다. 하부 패드는임의로는 홈, 패널, 중공 구획, 창, 천공 등을 포함한다. 본 발명의 연마 패드가 하부 패드와 조합으로 사용될 경우, 전형적으로 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 같은 중간 백킹층이 연마 패드와 하부 패드의 사이의 동일 공간에 존재한다.
본 발명의 연마 패드 기재를 포함한 연마 패드는 많은 유형의 작업편(예, 기판 또는 웨이퍼) 및 작업편 재료의 연마에 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 연마 패드는 메모리 저장 소자, 반도체 기판 및 유리 기판을 포함한 작업편을 연마하는데 사용될 수 있다. 연마 패드로 연마하기 적합한 작업편은 메모리 또는 강성 디스크, 자석 헤드, MEMS 소자, 반도체 웨이퍼, 전계 방출 디스플레이, 및 다른 마이크로전자 기판, 특히 절연층(예, 이산화규소, 질화규소, 또는 저 유전율 재료) 및/또는 금속 함유 층(예, 구리, 탄탈, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 티탄, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐 또는 다른 귀금속)을 포함하는 마이크로전자 기판을 포함한다.

Claims (20)

  1. 미세다공질 중합체 발포체를 포함하며, 이 미세다공질 중합체 발포체의 공극의 70％ 이상이 폐포형(closed-celled)이고 0.01 ㎛ 내지 10 ㎛ 범위의 평균 공극 크기를 갖는 화학 기계적 연마 패드 기재.
  2. 제1항에 있어서, 미세다공질 중합체 발포체의 공극의 평균 기포(cell) 크기가 0.05 ㎛ 내지 5 ㎛ 범위인 연마 패드 기재.
  3. 제1항에 있어서, 미세다공질 중합체 발포체의 평균 기포 밀도가 105 기포/㎤ 이상인 연마 패드 기재.
  4. 제1항에 있어서, 미세다공질 중합체 발포체의 공극 부피가 95％ 이하인 연마 패드 기재.
  5. 제1항에 있어서, 미세다공질 중합체 발포체가, 패드 밀도가 0.5 g/㎤ 이상이고 상대 밀도가 40％ 내지 93％ 범위인 것인 연마 패드 기재.
  6. 제1항에 있어서, 미세다공질 중합체 발포체의 경도가 75 쇼어(Shore) A 내지 75 쇼어 D 범위인 연마 패드 기재.
  7. 제1항에 있어서, 아메스 방법(Ames method)에 의해 5 psi에서 측정한 패드 ％ 반발(rebound)에 대한 ％ 압축성(compressibility)의 비율이 0.01 내지 1.0 범위인 연마 패드 기재.
  8. 제1항에 있어서, 중합체 발포체가 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 연마 패드 기재.
  9. 제8항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 중량평균 분자량이 20,000 g/mol 내지 600,000 g/mol 범위인 연마 패드 기재.
  10. 제9항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 다분산도(polydispersity index)가 1 내지 10 범위인 연마 패드 기재.
  11. 제9항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 용융 유동 지수가 210℃의 온도 및 2160 g의 하중에서 10분 동안 0.1 내지 30 범위인 연마 패드 기재.
  12. 제9항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 굴곡 모듈러스가 25 psi 내지 200,000 psi 범위인 연마 패드 기재.
  13. 제9항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유변성 공정 지수(Rheology Processing Index)가 2 내지 10 범위인 연마 패드 기재.
  14. 제9항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 유리 전이 온도가 20℃ 내지 120℃ 범위인 연마 패드 기재.
  15. (a) 회전 정반(platen),
    (b) 제1항의 연마 패드 기재를 포함하는 연마 패드, 및
    (c) 회전 연마 패드에 접촉시켜 연마할 작업편을 고정하는 캐리어(carrier)
    를 포함하는 화학 기계적 연마 장치.
  16. 제15항에 있어서, 연마 패드 기재가 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 것인 장치.
  17. (a) 상승된 온도 및 압력 하에서 중합체 시트가 초임계 기체로 포화될 때까지 용기 중에서 솔리드(solid) 중합체 시트를 초임계 기체와 배합하는 단계,
    (b) 압력을 이완하여 기체 포화 중합체 시트로부터 미세다공질 중합체 발포체를 제공하는 단계, 및
    (c) 미세다공질 중합체 발포체로부터 연마 패드를 형성하는 단계
    를 포함하는, 제1항의 연마 패드 기재의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 기체가 질소, 이산화탄소, 또는 이들의 임의의 조합을 포함하는 방법.
  19. 제17항에 있어서, 연마 패드 기재가 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 열가소성 폴리우레탄의 중량평균 분자량이 20,000 g/mol 내지 600,000 g/mol 범위인 방법.
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