KR20130081229A - 화학 기계적 평탄화를 위한 계면활성제를 포함하는 고정 연마 패드 - Google Patents

화학 기계적 평탄화를 위한 계면활성제를 포함하는 고정 연마 패드 Download PDF

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줄리 와이 퀴안
지미 알. 주니어 바란
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쓰리엠 이노베이티브 프로퍼티즈 컴파니
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Abstract

배킹(110) 상에 배열되는 구조화된 연마 층(120)을 가지는 구조화된 연마 제품의 형태의 고정 연마 패드(100)가 제공된다. 구조화된 연마 층(120)은 중합체 바인더, 바인더 내에 분산된 연마 입자들, 및 바인더 내에 분산된 비이온성 폴리에테르 계면활성제를 포함한다. 연마 입자들은 200㎚ 미만의 평균 입자 크기를 가지고 계면활성제는 구조화된 연마 층의 총 중량을 기준으로 0.75 내지 2.2중량 퍼세트의 양으로 바인더 내에 존재한다. 제공된 고정 연마 패드를 이용하여 작업편을 연마하는 방법이 또한 제공된다.

Description

화학 기계적 평탄화를 위한 계면활성제를 포함하는 고정 연마 패드{FIXED ABRASIVE PAD WITH SURFACTANT FOR CHEMICAL MECHANICAL PLANARIZATION }
본 개시 내용은 광의적으로 연마 제품, 그 제조 방법, 및 웨이퍼 평탄화에서의 그 사용에 관한 것이다.
연마 제품이 반도체 웨이퍼 폴리싱, MEMS(microelectromechanical) 디바이스 제조, 하드 디스크 드라이브용 기판의 피니싱, 광섬유 및 커넥터의 싱, 기타 등등의 마이크로피니싱 응용에서 종종 사용된다. 예를 들어, 집적 회로 제조 중에, 반도체 웨이퍼는 전형적으로 금속층 및 유전체층의 침착, 이들 층의 패턴화, 및 에칭을 포함하는 다수의 처리 단계를 거친다. 각각의 처리 단계에서, 후속의 제조 또는 제작 단계에 대해 준비하기 위해 웨이퍼의 노출된 표면을 개질하거나 정련하는 것이 필요하거나 바람직할 수 있다. 표면 개질 프로세스는 흔히 증착된 도체들(예를 들어, 금속들, 반도체들, 및/또는 유전체 재료들)을 개질하는데 이용된다. 표면 개질 공정은 또한 전형적으로 전도성 물질, 유전체 물질 또는 그 조합의 노출된 영역을 갖는 웨이퍼 상의 평면 외측 노출 표면을 생성하는 데 사용된다.
구조화된 웨이퍼의 노출된 표면을 개질 또는 세정하는 한 방법은 고정 연마 제품으로 웨이퍼 표면을 처리한다. 사용 중에, 고정 연마 제품은 전형적으로 웨이퍼 상의 물질 층을 개질하여 평면의 균일한 웨이퍼 표면을 제공하도록 구성된 동작으로, 종종 작동 유체의 존재 하에, 반도체 웨이퍼 표면과 접촉된다. 연마 제품의 동작 하에서 웨이퍼의 표면을 화학적으로 개질하기 위해 또는 그로부터 물질을 제거하는 것을 용이하게 해주기 위해 작동 유체가 웨이퍼의 표면에 도포될 수 있다.
고정 연마 제품은 일반적으로 결합제에 의해 서로 결합되어 배킹에 고정되는 연마 입자의 연마층을 가진다. 한 유형의 고정 연마 제품에서, 연마 층은 "성형된 연마 복합체들"로 칭해지는 개별 상승 구조 요소들(예를 들어, 기둥들, 리지(ridge)들, 뿔대들, 또는 단절 각뿔대(truncated pyramid)들)로 구성된다. 이러한 종류의 고정 연마 제품은 본 기술 분야에서 "텍스처링된 고정 연마 제품" 또는 "구조화된 연마 제품"이라는 용어로 다양하게 공지되어 있다(이 후자의 용어가 이후에 사용될 것이다). 이 연마 제품들은 미국 S.N. 12/560,797 (Woo 등)에서 공개된 바와 같이 연마 입자들 및 가교 중합체 바인더에서 분산되는 적어도 하나의 비이온성 폴리에테르 계면활성제를 포함할 수 있다.
평탄화 공정 동안에 경과를 평가하기 위해, 다양한 검출 방법을 사용하는 것이 통례이다. 광학적 검출 방법들(예를 들어 레이저 간섭)은 그 중에서 가장 널리 이용되는 방법들에 속한다. 이러한 기술에서, 레이저는 전형적으로 구조화된 연마 제품과 접촉해 있는 플래튼 및 서브패드에 있는 창을 통해 지나간다. 구조화된 연마 제품의 구멍 또는 투명한(연마층으로 코팅되지 않은) 부분이 빔과 일렬로 정렬되어 있다.
화학 기계적 평탄화 (chemical mechanical planarization; CMP) 프로세스들이 폴리싱되는 웨이퍼들의 불균일성의 원인이 될 수 있다. 우수한 웨이퍼 균일성 및 높은 연마율들을 제공하는 고정 연마 제품들이 필요하다. 매우 작은 노드들을 가지는 전자 부품들의 제작에 유용한 고정 연마 제품들이 필요하다. 예를 들어, 동적 임의 접근 메모리(dynamic random access memory: DRAM) 및 플래시 메모리 디바이스들은 32㎚ 심지어 28㎚의 노드들을 지닐 수 있다. 채널 대 채널 단락들을 야기시킬 수 있는 결함들을 발생시키지 않으면서 작은 노드들을 지니는 반도체 웨이퍼들을 신속하게 폴리싱할 수 있는 고정 연마 제품들이 필요하다.
구조화된 연마 층에 포함되는 매우 작은 연마 입자들 및 계면활성제를 이용함으로서 웨이퍼들의 우수한 웨이퍼 균일성 및 높은 연마율들이 달성될 수 있음이 밝혀졌다. 하나의 양태에서, 구조화된 연마 제품은 제 1 및 제 2 대향 주 표면들을 가지는 배킹, 및 제 1 주 표면 상에 배치되고 고정되는 구조화된 연마 층을 포함하고, 구조화된 연마 층은 중합체 바인더, 바인더 내에 분산된 연마 입자들, 및 바인더 내에 분산된 비이온성 폴리에테르 계면활성제를 포함하고, 연마 입자들은 약 200㎚ 미만의 평균 입자 크기를 가지고, 비이온성 폴리에테르 계면활성제는 가교된 중합체 바인더에 공유 결합되지 않고, 비이온성 폴리에테르 계면활성제는 구조화된 연마 층의 총 중량을 기준으로 0.75 내지 2.2 중량 퍼센트의 양으로 존재한다. 성형된 연마 복합체들은 정밀하게 성형될 수 있다. 바인더는 아크릴계 중합체를 포함한다. 계면활성제는 폴리에틸렌 옥사이드 또는 폴리프로필렌 옥사이드 세그먼트를 포함한다. 배킹은 엘라스토머성 폴리우레탄 막 또는 중합체 폼(foarm)을 포함한다.
다른 양태에서, 작업편을 연마하는 방법이 제공되고, 작업편을 연마하는 방법은 수성 유체의 존재 하에 구조화된 연마 제품의 적어도 일부분을 작업편의 표면에 마찰 접촉시키는 단계 및 작업편 또는 구조화된 연마 층의 적어도 하나를 서로 상대적으로 이동시켜 작업편의 표면의 적어도 일부를 연마하는 단계를 포함하고, 구조화된 연마 제품은 제 1 및 제 2 대향 주 표면들을 가지는 배킹 및 제 1 주 표면 상에 배치되고 고정되는 구조화된 연마 층을 포함하고, 구조화된 연마 층은 중합체 바인더, 바인더 내에 분산된 연마 입자들, 및 바인더 내에 분산된 비이온성 폴리에테르 계면활성제를 포함하고,
연마 입자들은 약 200㎚ 미만의 평균 입자 크기를 가지고,
비이온성 폴리에테르 계면활성제는 가교된 중합체 바인더에 공유 결합되지 않고, 비이온성 폴리에테르 계면활성제는 구조화된 연마 층의 총 중량을 기준으로 0.75 내지 2.2 중량 퍼센트의 양으로 존재한다. 수성 유체는 수도물을 포함한다.
본원에서 이용되는 바와 같이,
"연마 입자"라는 용어는 세리아의 경도(hardness) 이상의 경도를 가지는 임의의 입자를 말하고,
용어 "고정 연마 패드" 및 "구조화된 연마 제품"은 상호 교환하여 사용된다"
"적어도 반투명"이라는 용어는 반투명 또는 투명을 의미하며,
"카르복실 (메트)아크릴레이트"라는 용어는 카르복실기(-CO2H) 또는 카르복실레이트기(-CO2-)에 공유 결합된 (메트)아크릴레이트기를 가지는 화합물을 의미하고,
"가시광"이라는 용어는 400 나노미터 내지 700 나노미터 범위(경계 포함)의 파장을 가지는 광을 말하며,
"(메트)아크릴"이라는 용어는 아크릴 및/또는 메타크릴을 포함하고,
"광 투과율"이라는 용어는 물체를 통해 투과된 입사광의 분율을 의미하며,
"폴리(메트)아크릴레이트"라는 용어는 적어도 2개의 (메트)아크릴레이트기를 가지는 화합물을 의미하고,
"투명"이라는 용어는 실질적으로 방해 물질이 없는 것처럼 물체 또는 이미지를 볼 수 있도록 가시광을 투과시킬 수 있는 것을 의미하며,
용어들 "산화 세륨" 또는 "세리아"는 Ce(IV)O2.
를 칭한다. 상기의 개요는 본 발명의 모든 구현예의 각각의 개시된 실시 형태를 기재하고자 하는 것은 아니다. 도면의 간단한 설명 및 후속하는 상세한 설명은 예시적인 실시 양태를 더욱 특히 예시한다.
<도 1>
도 1은 본 발명에 따른 하나의 실시예에 따른 예시적인 구조화된 연마 제품의 사시도.
<도 2>
도 2는 본 발명에 따른 웨이퍼의 표면을 컨디셔닝(conditioning)의 예시적인 방법의 개략적인 측면도.
<도 3>
도 3은 제공된 제품들 및 방법들을 이용한 단면 웨이퍼 직경의 함수인 산화물의 제거율의 그래프.
하기의 설명에서는, 본 명세서의 일부를 형성하며 몇몇 특정 실시 형태가 예로서 도시되어 있는 첨부 도면을 참조한다. 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 다른 실시 형태가 고려되고 이루어질 수 있음을 이해하여야 한다. 따라서, 하기의 상세한 설명은 제한적인 의미로 취해져서는 안 된다.
달리 나타내지 않는 한, 본 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 특징부의 크기, 양 및 물리적 특성을 표현하는 모든 수는 모든 경우 용어 "약"에 의해 수식되는 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 반대로 나타내지 않는 한, 전술한 명세서 및 첨부된 특허청구범위에 개시된 수치 파라미터는 본 명세서에 개시된 교시 내용을 이용하여 당업자가 얻고자 하는 원하는 특성에 따라 달라질 수 있는 근사치이다. 종점(end point)에 의한 수치 범위의 사용은 그 범위 내의 모든 수 (예를 들어, 1 내지 5는 1, 1.5, 2, 2.75, 3, 3.80, 4 및 5를 포함함) 및 그 범위 내의 임의의 범위를 포함한다.
이제 조 1을 참조하면, 구조화된 연마 제품(100)은 적어도 반투명성인 막 배킹(110)을 포함한다. 연마 층(120)은 적어도 반투명성인 막 백킹(110) 상에 배치되고 복수의 성형된 연마 복합체들(130)을 포함한다. 성형된 연마 복합체들(130)은 바인더(도시되지 않음)에서 분산된 연마 입자들(도시되지 않음)을 포함한다. 연마 입자는 본질적으로 평균 1차 입자 크기가 100 나노미터 미만인 세리아 입자로 이루어져 있다. 결합제는 폴리에테르산과 카르복실 (메트)아크릴레이트 및 폴리(메트)아크릴레이트를 함유하는 성분의 반응 생성물을 함유하며, 연마층의 총 중량을 기준으로, 연마 입자는 적어도 70 중량%의 양으로 존재한다.
반투명 막 배킹은 유연하거나, 단단하거나, 또는 그 사이일 수 있다. 가요성 배킹 및 더 강성인 배킹 양자 모두를 포함하는 다양한 배킹 재료가 이러한 목적을 위해 적합하다. 유용한 반투명성 막 배킹들은 중합체 막들, 중합체 막들을 처리한 막들, 그리고 이의 결합체로부터 선택된 배킹 막들을 포함한다. 예시적인 반투명성 배킹 막들은 폴리에스테르(예를 들어 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate) 또는 폴리카프로락톤(polycaprolactone)), 코-폴리에스테르(co-polyester), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리에틸렌(polyethylene), 셀룰로이스 중합체들(cellulosic polymers), 및 이들의 혼합물 및 조합물들로 제조되는 막들을 포함한다. 일부 실시예들에서, 배킹은 엘라스토머성 우레탄(elastomeric urethane) 또는 폼(foam)을 포함할 수 있다.
반투명성 막 배킹의 두께는 전형적으로 약 20 마이크로미터 내지 약 1000 마이크로미터까지의 범위 내에 있고, 더 전형적으로, 약 50 마이크로미터 내지 약 500 마이크로미터까지의 범위, 더욱 전형적으로 약 60 마이크로미터로 내지 약 200 마이크로미터까지의 범위 내에 있다. 배킹의 적어도 하나의 표면이 연마층으로 코팅될 수 있다. 일반적으로, 배킹은 두께가 실질적으로 균일하다. 배킹이 두께가 충분히 균일하지 않은 경우, 웨이퍼 평탄화 동안에 웨이퍼 폴리싱 균일성에 더 큰 변동성이 일어날 수 있다.
연마 층은 복수의 성형된 연마 복합체들을 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, "성형된 연마 복합체"라는 용어는 결합제에 분산되어 있는 연마 입자를 함유하는 복수의 성형된 본체 중 하나를 말하며, 성형된 본체들이 모두 모여서 텍스처링된 3차원 연마층을 제공한다. 일부 실시 형태에서, 성형된 연마 복합체는 "정밀하게 성형"된다. "정밀하게 성형된 연마 복합체"라는 용어는 그를 제조하는 데 사용되는 몰드 캐비티(mold cavity)와 실질적으로 정반대인 몰딩된 형상(molded shape)을 가지는 연마 복합체를 말한다. 전형적으로, 구조화된 연마 제품이 사용되기 전에, 정밀하게 성형된 연마 복합체는 연마 복합체의 노출된 표면을 넘어 돌출해 있는 연마 입자가 실질적으로 없다.
제공된 구조화된 연마 제품들은 연마 층에 높은 중량 함량의 성형 연마 입자들을 가질 수 있다. 예를 들어, 성형된 연마 복합체는 중량을 기준으로, 연마 층의 적어도 70%를 포함하고, 연마층의 적어도 75, 80 또는 심지어 90 중량% 또는 그 이상을 포함할 수 있다. 성형된 연마 복합체들 내의 연마 입자들의 중량 퍼센트가 더 높으면 컷(cut)이 더 높아지는 결과가 발생한다.
연마 입자들은 체적에 기초하여, 250 나노미터 미만의 평균 입자 크기, 150 나노미터 미만, 100 나노미터 미만, 또는 심지어 50 나노미터 미만의 평균 입자 크기를 가지는 세리아(즉, 산화 셀륨)를 포함할 수 있다. 연마 입자들은 필수적으로 세리아 입자들로 구성된다. 이 상황에서 이용되는 "필수적으로 구성되다"라는 어구는, 구조화된 연마 제품이 실리콘 함유 웨이퍼들의 웨이퍼 평탄화에 이용되는 경우, 이 구조화된 연마 제품의 연마 특성들에 물리적으로 영향을 미치는 양들 내의 다른 (즉, 비-세리아) 연마 입자들을 배제하는 것으로 의도된다. 세리아 입자는 더 작은 1차 세리아 입자의 응집체 및/또는 결집체를 포함할 수 있다는 것이 인식될 것이다. 예를 들어, 세리아 입자는 (1차 입자, 응집체, 결집체, 또는 그 조합으로 존재하든 간에), 체적 기준으로, 평균 입자 크기가 1, 5, 10, 20, 30, 또는 40 나노미터에서 최대 50, 60, 70, 80, 90, 95 나노미터 또는 그 이상까지의 범위에 있을 수 있다.
세리아 입자는, 예를 들어, 분말, 분산물, 또는 졸의 형태로, 전형적으로 분산물 또는 졸로서 공급될 수 있다. 평균 입자 크기가 250 나노미터 미만인 세리아 졸을 수득하는 방법 및 공급원은 당업계에 주지되어 있다. 본 개시 내용에 사용하기에 적합한 세리아 분산물 및 졸은, 예를 들어, 미국 뉴저지주 파시패니 소재의 Evonik Degussa Corp., 미국 뉴저지주 크랜베리 소재의 Rhodia, Inc., 오하이오 소재의 Ferro Corporation of Independence 및 벨기에 브뤼셀 소재의 Umicore SA 등의 공급자가 구매가능한 세리아 졸 및 분산물을 포함한다.
연마 입자는 중합체성 결합제에 균질하게 또는 불균질하게 분산될 수 있다. 용어 "분산된"은, 연마 입자가 중합체성 결합제 전체에 분포됨을 지칭한다. 세리아 입자를 결합제에 실질적으로 균질하게 분산시키는 것은 전형적으로 구조화된 연마 제품의 성능을 향상시킨다. 따라서, 세리아 입자들을 카르복실 (메트)아크릴레이트들로 처리하여 이들의 분산성을 촉진하고/하거나 응집성을 감소시켜서, 바인더로의 후속 결합을 강화시키는 것이 전형적으로 유용하다. 예시적인 카르복실 (메트)아크릴레이트들은 (메트)아크릴 산((meth)acrylic acid), 말레산(maleic acid)의 모노알킬 에스테르들(monoalkyl esters), 푸마르 산(fumaric acid), 푸마르 산의 모노알킬 에스테르들, 말레산, 이타콘 산(itaconic acid), 이소크로톤 산(isocrotonic acid), 크로토닉 산(crotonic acid), 시트라콘 산(citraconic acid), β-카르복실 (메트)아크릴레이트를 포함한다.
세리아 입자를 카르복실계 (메트)아크릴레이트로 처리하는 예시적인 한 방법에서는, 수성 매질(예를 들어, 물) 내의 세리아 입자의 분산물(예를 들어, 졸)을 폴리에테르산 및 카르복실계 (메트)아크릴레이트(세리아 입자를 표면 처리하여 안정화시키기에 충분한 각각의 양으로) 및 물보다 비등점이 더 높은 수혼화성 유기 용매와 배합한다. 전형적으로, 폴리에테르 산 대 카르복실 (메트)아크릴레이트의 비율은 약 3:5 내지 5:3까지의 범위 내에 있으나, 다른 비율들이 이용될 수 있다. 유용한 용매의 일례는 1-메톡시-2-프로판올, 디메틸폼아미드, 및 다이글라임을 포함한다. 일단 배합되면, 감압 하에서 증발에 의해 물을 실질적으로 제거하여, 연계된 카르복실계 (메트)아크릴레이트 분자에 의해 세리아 입자가 결집에 대해 안정화된 세리아 분산물을 생성시킨다. 결과적인 세리아 분산액은 전형적으로 플리(메트)아크릴레이트 및 선택적인 모노(메트)아크릴레이트 모노머(monomer)들, 및 바인더 전구체 내에 포함될 수 있는 임의의 추가적인 카르복실 (메트)아크릴레이트와 용이하게 결합될 수 있다.
카르복실계 (메트)아크릴레이트가 전형적으로 세리아 입자와 결합제의 결합을 용이하게 하는 역할을 하는 한편, 폴리에테르산은 주로 결합제(또는 그의 전구체 성분) 및/또는 용매 중의 세리아 입자의 분산 안정성을 용이하게 하기 위해 포함된다. 본원에서 이용되는 바와 같이, 용어 "폴리에테르 산"은 산성기(acidic group) 또는 이들의 염과 공유결합하는 폴리에테르 세그먼트(segment)를 가지는 화합물을 칭한다. 예시적인 폴리에테르 세그먼트는 폴리에틸렌 글리콜 세그먼트, 폴리에틸렌 글리콜 세그먼트, 및 혼합된 폴리(에틸렌 글리콜/프로필렌 글리콜) 세그먼트를 포함한다. 예시적인 산성기는 -CO2H, -PO2H, -PO3H, -SO3H, 및 그의 염을 포함한다. 특정한 실시예들에서, 폴리에테르 산들은 최대 12개의 탄소 원자들을 일체를 포함하여 가질 수 있고 다음의 식에 의해 표현된다:
R1-(R2-O)n-X-A
여기서 R1 은 H, 1 내지 6개의 탄소 원자들을 가지는 알킬기(예를 들어, 메틸 에틸, 또는 프로필), 또는 1 내지 6개의 탄소 원자들을 가지는 알콕시기(alkoxy group)(예를 들어 메톡시, 에톡시, 또는 프로폭시)를 나타내고; 각각의 R2는 독립적으로 1 내지 6개의 탄소 원자를 갖는 2가 알킬렌 기(예를 들어, 에틸렌, 프로필렌, 또는 부틸렌)를 나타내며; n 은 양의 정수를 나타내고(예를 들어, 1, 2, 또는 3; X는 2가 유기 연결 기 또는 공유 결합을 나타내고; A는 산성 기(예를 들어, 앞서 기술한 것)를 나타낸다. 예시적인 그와 같은 폴리에테르 산들은 2'-(2"-메톡시에톡시)에틸 숙시네이트(2'-(2"-methoxyethoxy)ethyl succinate) (모노에스테르), 메톡시에톡시에톡시아세트산 및 메톡시에톡시아세트산을 포함한다. 바인더는 카르복실 (메트)아크릴레이트 및 폴리(메트)아크릴레이트를 포함하는 성분들의 반응 생성물을 더 포함할 수 있다. 상기 논의된 바와 같이, 전형적으로 카르복실계 (메트)아크릴레이트의 적어도 일부를 연마 입자와 배합한 후에 생성된 분산물을 나머지 결합제 성분과 배합하지만, 이는 필수 요건은 아니다.
비이온성 폴리에테르 계면활성제는 바인더에서 분산된다. 전형적으로, 계면활성제 및 바인더 사이에 어떠한 공유 화학적 결합도 존재하지 않는다. 바인더는 계속해서 더 기술되는 바와 같이 계면 활성제를 함유하고 이의 방출을 규제하는데 도움이 되도록 가교될 수 있다. 성형된 연마 복합체들 내에 있는 폴리에테르 비이온 계면활성제의 양은 성형된 연마 복합체들의 총 중량을 기준으로, 0.75 내지 2.2까지, 1.0 내지 2.2까지, 1.3 내지 2.2중량 퍼센트의 범위 내에, 전형적으로 1.5 내지 2.0 중량 퍼센트의 범위 내에 있을 수 있다. 본원에서 이용되는 바와 같이, 용어 "폴리에테르 비이온 계면활성제" 전형적으로 계면활성제의 백본(backbone)의 적어도 일부를 형성하는 폴리에테르 세그먼트를 가지는 하나 이상의 비이온(즉, 영구 전하를 가지지 않는) 계면활성제(들)을 칭하지만, 이는 필수요건은 아니다. 일반적으로 계면활성제에 대한 경우, 폴리에테르 비이온성 계면활성제는 가교결합된 중합체성 결합제에 공유 결합되지 않아야 한다. 수성 유체 중에 쉽게 용해되기 위해서, 폴리에테르 비이온성 계면활성제는 전형적으로 분자량이 300 내지 1200 그램/ 몰 범위이지만, 더 큰 분자량 및 더 작은 분자량이 사용될 수 있다.
폴리에테르 비이온성 계면활성제의 예는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르, 폴리옥시에틸렌 알킬-페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 아실 에스테르, 폴리옥시에틸렌 알킬아민, 폴리옥시에틸렌 알킬아미드, 폴리옥시에틸렌 라우릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 세틸 에테르, 폴리옥시에틸렌 스테아릴 에테르, 폴리옥시에틸렌 올레일 에테르, 폴리옥시에틸렌 옥틸페닐 에테르, 폴리옥시에틸렌 노닐페닐 에테르, 폴리에틸렌 글리콜 라우레이트, 폴리에틸렌 글리콜 스테아레이트, 폴리에틸렌 글리콜 다이스테아레이트, 폴리에틸렌 글리콜 올레에이트, 옥시에틸렌-옥시프로필렌 블록 공중합체, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 라우레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 스테아레이트, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 올레에이트, 및 폴리옥시에틸렌 라우릴아미드를 포함한다.
유용한 폴리에테르 비이온 계면활성제들은 또한, 예를 들어 약 3당량 내지 약 100당량의 산화 에틸렌을 함유하는 고급 지방족 알콜(aliphatic alcohol)의 축합 생성물들(condensation products)을 포함한다(예로서, Dow Chemical Co,에 의해 예를 들어 TERGITOL 15-S-20와 같은 상표명 TERGITOL 15-S으로 시장에서 판매되는 제품들; 그리고 예를 들어 뉴저지, Bridgewater에서의 ICI Americas에 의해 BRIJ 58, BRIJ 76, 및 BRIJ 97와 같은 상표명 BRIJ으로 시장에서 판매되는 제품들). 브리즈 97 계면활성제는 폴리옥시에틸렌 (10) 올레일 에테르이고; 계면활성제 BRIJ 58는 폴리옥세에릴텐 (20) 세틸 에테르이고, 계면활성제 BRIJ 76는 폴리옥시에틸렌 (10) 스테아릴 에테르이다.
유용한 폴리에테르 비이온 계면활성제들은 또한, 예를 들어 약 3당량 내지 약 100당량의 산화 에틸렌을 함유하는 알킬 페놀의 산화 폴리에틸렌 축합물들(예를 들어, 뉴저지 Cranbury의 Rhodia에 의해 상표명 IGEPAL CO 및 IGEPAL CA로 시장에서 판매되는 제품들)을 포함한다. IGEPAL CO 계면활성제는 노닐페녹시 폴리(에틸렌옥시) 에탄올을 포함한다. IGEPAL CA 계면활성제는 옥틸페녹시 폴리(에틸렌옥시) 에탄올을 포함한다. 유용한 폴리에테르 비이온 계면활성제들은 또한, 예를 들어 산화 에틸렌 및 산화 프로필렌 또는 산화 부틸렌의 블록 공중합체들(예를 들어, 뉴저지의 Mount의 BASF Corp에 의해 상표명 PLURONIC(예를 들어 PLURONIC L10) 및 TETRONIC로 시장 판매되는 제품들)을 포함한다. 플루로닉 계면활성제에는 프로필렌 옥사이드 중합체, 에틸렌 옥사이드 중합체, 및 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 블록 공중합체가 포함될 수 있다. 테트로닉 계면활성제는 에틸렌 옥사이드-프로필렌 옥사이드 블록 공중합체를 포함한다.
일부 실시예들에서, 폴리에테르 비이온 계면활성제들은 예를 들어 분자당 20개의 산화 에틸렌 유닛(unit)들(예를 들어 TWEEN 60으로 시장 판매되는) 또는 분자당 20개의 산화 에틸렌 유닛들(예를 들어 TWEEN 80로 시장 판매되는)과 같이, 상이한 에톡실레이션도(degree of ethoxylation)들을 가질 수 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르들(예를 들어, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노올레이트들), 및 폴리옥시에틸렌 스테아레이트들(예를 들어 델라웨어, New Castle의 Uniqema에 의해 상표명 TWEEN 및 MYRJ 시장 판매되는)을 포함할 수 있다. 트윈 계면활성제는 폴리(에틸렌 옥사이드) C12-C12 소르비탄 모노에스테르를 포함한다. 미르즈 계면활성제는 폴리(에틸렌 옥사이드) 스테아레이트를 포함한다.
일부 실시예들에서, 폴리에테르 비이온 계면활성제는 단지 연마 중에 성형된 연마 복합체들 내 또는 수성 유체 내에만 존재하는 계면 활성제이다. 일부의 경우, 보다 적은 양의 음이온성 계면활성제, 예컨대 다우 케미컬 컴퍼니로부터 트리톤(TRITON) H55로 입수가능한 음이온성 포스페이트 폴리에테르 에스테르를 첨가하는 것이 바람직할 수 있다.
연마 층은 바인더에서 분산되는 연마 입자들을 포함한다. 적합한 바인더 전구체들은 전형적으로, 경화되지 않거나 가교된 상태로, 주변에 있는 조건들에서 또는 주변 여건들 부근에서 유동 가능하다. 바인더 전구체는 그 후에 전형적으로, 바인더 전구체를 적어도 부분적으로 경화하거나 가교시키는(즉, 자유 라디컬(free-radical) 중합) 조건들(전형적으로 에너지원)에 노출되고, 이로 인해 바인더 전구체는 분산된 연마 입자들을 보유할 수 있는 바인더로 변환된다. 예시적인 에너지원은 e-빔, 자외선 방사, 가시광선 방사, 적외선 방사, 감마 방사, 열, 및 그의 조합을 포함한다.
유용한 폴리(메트)아크릴레이트는 적어도 2개의 (메트)아크릴레이트기[예를 들어, 트리(메트)아크릴레이트 및 테트라(메타크릴레이트)]를 가지는 모노머 및/또는 올리고머를 포함한다. 예시적인 폴리(메트아크릴레이트)는 다이(메트)아크릴레이트, 예를 들어 1,3-부틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 1,4-부탄다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 1,6-헥산다이올 모노(메트)아크릴레이트 모노(메트)아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 알콕실화 지방족 다이(메트)아크릴레이트, 알콕실화 사이클로헥산다이메탄올 다이(메트)아크릴레이트, 알콕실화 헥산다이올 다이(메트)아크릴레이트, 알콕실화 네오펜틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 카프로락톤 개질된 네오펜틸 글리콜 하이드록시피발레이트 다이(메트)아크릴레이트, 카프로락톤 개질된 네오펜틸 글리콜 하이드록시피발레이트 다이(메트)아크릴레이트, 사이클로헥산다이메탄올 다이(메트)아크릴레이트, 다이에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 다이프로필렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 에톡실화 (10) 비스페놀 A 다이(메트)아크릴레이트, 에톡실화 (3) 비스페놀 A 다이(메트)아크릴레이트, 에톡실화 (30) 비스페놀 A 다이(메트)아크릴레이트, 에톡실화 (4) 비스페놀 A 다이(메트)아크릴레이트, 하이드록시피발알데히드 개질된 트리메틸올프로판 다이(메트)아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 (200) 다이(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 (400) 다이(메트)아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 (600) 다이(메트)아크릴레이트, 프로폭실화 네오펜틸 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 트리사이클로데칸다이메탄올 다이(메트)아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 다이(메트)아크릴레이트; 트리(메트)(메트)아크릴레이트, 예를 들어 글리세롤 트리(메트)아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실화 트리(메트)아크릴레이트(예를 들어, 에톡실화 (3) 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실화 (6) 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실화 (9) 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 에톡실화 (20) 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트), 펜타에리트리톨 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실화 트리(메트)아크릴레이트(예를 들어, 프로폭실화 (3) 글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실화 (5.5) 글리세릴 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실화 (3) 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 프로폭실화 (6) 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트), 트리메틸올프로판 트리(메트)아크릴레이트, 트리스(2-하이드록시에틸)아이소시아누레이트 트리(메트)아크릴레이트; 그리고 다이트리메틸올프로판 테트라(메트)아크릴레이트, 다이펜타에리트리톨 펜타(메트)아크릴레이트, 에톡실화한 (4) 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라(메트)아크릴레이트, 카프로락톤 개질된 다이펜타에리트리톨 헥사(메트)아크릴레이트 등의 화합물을 포함하는 고차 작용기 (메트)아크릴; 올리고머 (메트)아크릴 화합물[예를 들어, 폴리에스테르 (메트)아크릴레이트, 에폭시 (메트)아크릴레이트 등]; 및 이들의 조합을 포함한다. 이러한 화합물은, 예를 들어, 미국 펜실베니아 엑스턴 소재의 Sartomer Co., 미국 조지아주 스미르나 소재의 UCB Chemicals Corporation, 및 미국 위스콘신주 밀워키 소재의 Aldrich Chemical Company 등의 공급업체로부터 널리 입수가능하다.
결합제 전구체는 적어도 하나의 광개시제의 유효량을 함유할 수 있다, 예를 들어, 0.1, 1, 또는 3 중량% 내지 최대 5, 7, 또는 심지어 10 중량% 또는 그 이상의 양으로 함유할 수 있다. 유용한 광개시제는 자유 라디칼 광경화 (메트)아크릴레이트에 유용한 것으로 알려진 것들을 포함한다. 예시적 광개시제는 벤조인 및 그 유도체, 예를 들어 알파-메틸벤조인; 알파-페닐벤조인; 알파-알릴벤조인; 알파-벤질벤조인; 벤질 디메틸 케탈 등의 벤조인 에테르(미국 뉴욕주 테리타운 소재의 Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 651로서 입수가능함), 벤조인 메틸 에테르, 벤조인 에틸 에테르, 벤조인 n-부틸 에테르; 아세토페논 및 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판올(Ciba Specialty Chemicals로부터 DAROCUR 1173로서 구입 가능) 및 1-하이드록시사이클로헥실 페닐 케톤(Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 184로서 구입 가능)과 같은 이의 유도체들; 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-(4-모르폴리닐)-1-프로판올(Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 907로 구입 가능); 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-1-부탄올(Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 369로서 구입 가능); 및 (페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 산화 포스핀(미국 뉴욕주 Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 819로 입수가능함)을 포함한다. 다른 유용한 광개시제는 모노- 및 비스-아실포스핀(예를 들어, Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 1700, IRGACURE 1800, IRGACURE 1850, 및 DAROCUR 4265로 입수가능함)을 포함한다.
결합제 전구체는 적어도 하나의 열 개시제의 유효량을 함유할 수 있다; 예를 들어, 0.1, 1, 또는 3 중량% 내지 최대 5, 7, 또는 심지어 10 중량% 또는 그 이상의 양으로 함유할 수 있다. 예시적인 열 자유-라디컬 개시제들은 예를 들어, 2,2-아조-비스이소부티로니트릴, 디메틸 2,2 -아조비스(이소부틸레이트), 아조비스(디페닐 메탄), 4,4 -아조비스-(4-시아노펜탄산), 2,2 -아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴)(델라웨어, Wilmington의 E. I. du Pont de Nemours and Co,로부터 VAZO 52로 구입 가능)과 같은 아조 화합물들; 과산화물(예를 들어, 과산화 벤조일, 과산화 쿠밀, 과산화 3차 부틸, 과산화 시클로헥사논, 과산화 글루타르산, 및 과산화 다이라우릴 등); 과산화수소; 히드로과산화물(예를 들어, 3차 부틸 히드로과산화물 및 쿠멘 히드로과산화물 등); 과산(예를 들어, 과초산 및 과산화벤조산 등); 과황산칼륨; 및 과에스테르(예를 들어, 과탄산 다이아이소프로필 등)를 포함한다.
일부 실시 형태에서, 예를 들어, 얻어진 결합제에서 점도를 감소시키고 및/또는 가교 밀도를 감소시키기 위해, 하나 이상의 모노에틸렌계 불포화 자유 라디칼 중합성 화합물을 결합제 전구체에 포함시키는 것이 바람직할 수 있다. 예시적인 모노에틸렌계 불포화 자유 라디칼 중합성 화합물은 헥실 (메트)아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 아이소노닐 (메트)아크릴레이트, 아이소보르닐 (메트)아크릴레이트, 페녹시에틸 (메트)아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 (메트)아크릴레이트, 도데실 (메트)아크릴레이트, 메틸 (메트)아크릴레이트, 에틸 (메트)아크릴레이트, n-프로필 (메트)아크릴레이트, n-부틸 (메트)아크릴레이트, n-옥틸 (메트)아크릴레이트, 아이소부틸 (메트)아크릴레이트, 사이클로헥실 (메트)아크릴레이트, 또는 옥타데실 (메트)아크릴레이트를 비롯한 모노(메트)아크릴레이트; N-비닐 화합물(예를 들어, N-비닐포름아미드, N-비닐피롤리디논, 또는 N-비닐카프로락탐; 및 이들의 조합을 포함한다.
일부 실시예들에서, 연마 층은 또한 하나 이상의 접착제들을 포함할 수 있다. 접착제들은 항산화제(antioxidant), 착색제, 열 및 광 안정제, 또는 필러(필러는 실질적으로 연마 성능에 어떠한 충격을 가하지 않는다) 중 하나 이상을 포함할 수 있다. 따라서, 바인더는 전형적으로 연마 입자들, 계면활성제, 연마 입자들이 분산되어 있는 접착제들(예를 들어 슬러리)을 포함하는 바인더 전구체로부터 준비된다.
성형된 연마 복합체들을 포함하는 제공된 구조화된 연마 제품들은 당업계에 널리 공지되어 있는 일반적인 방법들에 의해 제조될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구현된 방법에서 슬러리 형태의 바인더 전구체 및 연마 입자들은 바람직한 성형된 연마 복합체들의 치수들을 가지는 제조 공구 내의 보조 캐비티들 내로 밀려 들어간다. 그 후에, 반투명성 막 배킹은 제조 공구 및 슬러리 전구체에 접촉하도록 옮겨질 수 있고 바인더 전구체는 제조 공구로부터 성형된 연마 복합체들을 제거하도록 적어도 충분히 경화될 수 있다. 대안으로, 제조 공구, 적어도 반투명성인 막 배킹, 및 슬러리는 닙(nip)을 통해 동시에 공급된다. 선택사양으로, 추가 경화(예를 들어, 열 사후 경화)가 이 국면에서 실행되어 경화의 정도를 더욱 촉진시켜서 바인더 특성들을 개선할 수 있다. 성형된 연마 복합체들을 형성하는 방법들에 관한 더 자세한 사항들은 예를 들어 미국 특허 제 5,152,917(Pieper 등)에서 확인될 수 있다.
개별 성형된 연마 복합체들은 다양한 기하학적 입체들 중 임의의 형태를 가지거나 불규칙적으로 성형될 수 있다. 전형적으로, 성형된 연마 복합체는 (이상에서 정의된 바와 같이) 정밀하게 성형된다. 전형적으로, 성형된 연마 복합체의 기부, 예를 들어, 성형된 연마 복합체의 그 부분이 적어도 반투명의 필름 배킹과 접촉하여 그에 고정되도록 성형된 연마 복합체가 형성된다. 성형된 연마 복합체의 근접 부분은 전형적으로 기부 또는 배킹으로부터 원단에 있는 성형된 연마 복합체의 그 부분과 동일하거나 그보다 더 큰 표면적을 가진다. 정밀하게 성형되는 연마 복합체들은 입방체, 실린더형, 프리즘(예를 들어 6각형의 프리즘들), 직사각형 각뿔형, 단절 각뿔형, 원뿔형, 반구형, 단절 원뿔형, 십자가형 또는 말단부를 가지는 기둥형 단면들로부터 선택될 수 있다. 복합체 피라미드는 4개의 측면, 5개의 측면 또는 6개의 측면을 가질 수 있다. 성형된 연마 복합체는 또한 서로 다른 형상의 혼합을 가질 수 있다. 성형된 연마 복합체는 일렬로, 동심원으로, 나선형으로, 또는 격자 방식으로 배열될 수 있거나, 랜덤하게 배치될 수 있다.
성형된 연마 복합체를 형성하는 측면들은 배킹에 대해 수직이거나, 배킹에 대해 경사져 있거나, 원단부 쪽으로 폭이 점점 줄어들게 테이퍼져 있을 수 있다. 그렇지만, 측면들이 테이퍼져 있는 경우, 몰드 또는 제조 공구의 캐비티로부터 성형된 연마 복합체를 제거하는 것이 더 쉬울 수 있다. 실질적으로 수직인 각도가 바람직한데, 그 이유는 이 결과 복합체가 마모함에 따라 공칭 접촉 면적이 일정하기 때문이다.
각각의 성형된 연마 복합체의 높이가 전형적으로는 실질적으로 동일하지만, 하나의 구조화된 연마 제품에 다양한 높이의 복합체를 갖는 것이 예상된다. 배킹 또는 복합체 사이의 랜드(land)에 대한 복합체의 높이는 일반적으로 약 2,000 마이크로미터 미만일 수 있고, 예를 들어, 약 10 마이크로미터 내지 약 200 마이크로미터의 범위에 있을 수 있다. 개별적인 성형된 연마 복합체의 기부 치수는 약 5,000 마이크로미터 이하이고, 전형적으로 약 1,000 마이크로미터 이하이며, 더욱 전형적으로 500 마이크로미터 미만이다. 개별적인 성형된 연마 복합체의 기부 치수는 전형적으로 약 50 마이크로미터 초과이며, 더욱 전형적으로 약 100 마이크로미터 초과이다. 성형된 연마 복합체의 기부는 서로 접할 수 있거나, 어떤 지정된 거리만큼 서로로부터 떨어져 있을 수 있다.
인접한 성형된 복합체는, 복합체의 마주하는 측벽과 접촉하고 이들 사이에 뻗어 있는 공통의 성형된 연마 복합체 랜드 또는 다리 모양의 구조물을 공유할 수 있다. 전형적으로, 랜드 구조물은 각각의 인접한 복합체의 수직 높이 치수의 약 33 퍼센트 이하의 높이를 가진다. 성형된 연마 복합체 랜드는 성형된 연마 복합체를 형성하는 데 사용된 동일한 슬러리로 형성될 수 있다. 복합재의 중심들 사이에 그려지는 가상 직선 상에 어떤 중간 복합재도 위치해 있지 않다는 의미에서 복합재가 "인접해" 있다. 복합체의 상승된 부분 사이에 함몰된 영역을 제공하기 위해 성형된 연마 복합체의 적어도 일부분이 서로로부터 분리되어 있을 수 있다.
성형된 연마 복합체의 직선 간격은 약 1개의 성형된 연마 복합체/직선 ㎝(shaped abrasive composite per linear ㎝) 내지 약 200개의 성형된 연마 복합체/직선 ㎝의 범위에 있을 수 있다. 한 위치에서의 복합체의 밀집도가 다른 위치에서보다 클 수 있도록 직선 간격이 변할 수 있다. 예를 들어, 밀집도는 연마 제품의 중심에서 가장 클 수 있다. 복합체의 면적 밀도가, 일부 실시 형태에서, 약 1 내지 약 40,000개의 복합체/제곱 센티미터의 범위에 있을 수 있다. 배킹의 하나 이상의 영역들은 노출, 즉 적어도 반투명성인 막 배킹에 접촉하는 연마 코팅을 가지지 않을 수 있다.
성형된 연마 복합체는 전형적으로 배킹 상에 소정의 패턴으로 배열되거나 배킹 상에 소정의 위치에 배열된다. 예를 들어, 배킹과 그 안에 캐비티를 가지는 제조 공구 사이에 슬러리를 제공함으로써 제조되는 연마 제품에서, 복합재의 소정 패턴은 제조 공구 상의 캐비티의 패턴에 상응할 것이다. 따라서, 패턴이 제품마다 재현가능할 수 있다. 하나의 실시예에서, 성형된 연마 복합체들은 어레이 또는 배열을 형성할 수 있고, 이는 복합체들이 정렬된 행들 및 열들, 또는 교번하는 오프셋 행들 및 열들과 같이 규칙적인 어레이 상태에 있을 수 있음을 의미한다. 원하는 경우, 하나의 성형된 연마 복합체 행이 또 하나의 성형된 연마 복합체 행의 전방에 일직선으로 정렬될 수 있다. 전형적으로, 하나의 성형된 연마 복합체 행이 또 하나의 성형된 연마 복합체 행으로부터 오프셋되어 있을 수 있다.
다른 실시 형태에서, 성형된 연마 복합체가 "랜덤한" 어레이 또는 패턴으로 배열될 수 있다. 이것은 복합체가 상기한 바와 같은 규칙적인 행 및 열의 어레이로 되어 있지 않다는 것을 의미할 수 있다. 예를 들어, 성형된 연마 복합체들은 미국 특허 번호들 5,672,097 및 5,681,217 (모두 Hoopman 등)에 공개된 바와 같은 방식으로 정렬될 수 있다. 그렇지만, 연마 제품 상의 복합체의 위치가 사전 결정될 수 있고 연마 제품을 제조하는 데 사용되는 제조 공구에서의 캐비티의 위치에 대응한다는 점에서 이 "랜덤한" 어레이가 소정의 패턴일 수 있다는 것을 잘 알 것이다.
예시적인 제조 공구들은 롤(roll)들, 무한 벨트들, 및 웹들을 포함하고, 예를 들어 금속(예를 들어 롤들의 경우) 또는 중합체 막들(예를 들어 무한 벨트들 및 웹들의 경우들)과 같은 적절한 재료로 제조될 수 있다.
제공된 구조화된 연마 제품들은 일반적으로 형상에 있어서 원, 예를 들어 연마 디스크의 형태일 수 있다. 연마 디스크의 외측 에지는 전형적으로 평탄하거나 스캘럽 형상으로(scalloped) 되어 있을 수 있다. 구조화 연마 제품은 또한 타원 또는 임의의 다각형 형상, 예를 들어, 삼각형, 정사각형, 직사각형 등의 형태일 수 있다. 다른 대안으로서, 연마 제품은 벨트의 형태로 되어 있을 수 있다. 연마 제품은 전형적으로 연마 기술 분야에서 연마 테이프 롤이라고 지칭되는 롤의 형태로 제공될 수 있다. 일반적으로, 연마 테이프 롤은 웨이퍼 평탄화 공정 동안에 계속하여 인덱싱되거나 이동될 수 있다. 연마 제품은 사용 전에, 사용 동안에 및/또는 사용 후에 작동 유체가 지나갈 수 있게 해주기 위해 연마 코팅 및/또는 배킹을 통과하는 개구를 제공하기 위해 천공될 수 있지만, 유익한 실시 형태에서, 구조화된 연마 제품은 이러한 구멍이 실질적으로 없거나 심지어 전혀 없다.
정밀하게 형상화된 연마 복합체는 연마재 층의 노출된 표면 상에 상승된 특징부 또는 함몰부 중 적어도 하나를 생성하는 임의의 3차원 형상의 것일 수 있다. 유용한 형상들은 예를 들어 입방체, 프리즘, 뿔형(예를 들어 정방향 프리즘 또는 6각형의 뿔형), 단절 각뿔형, 원뿔형, 원뿔대를 포함한다. 또한, 상이한 형상 및/또는 크기의 연마 복합체들의 조합이 사용될 수도 있다. 상기 구조화된 연마 부재의 연마재 층은 연속성 또는 불연속성일 수 있다. 정밀한 형상의 연마 복합체들을 가지는 구조화된 연마 제품들 및 이들의 제조 방법들에 관한 더 자세한 사항들은 예를 들어 미국 특허 번호들 5,435,816 (Spurgeon 등); 제5,454,844호 (히바드 등); 미국 특허 제5,851,247호 (스퇴첼(Stoetzel) 등); 및 미국 특허 제6,139,594호 (킨케이드(Kincaid) 등)에서 볼 수 있다.
전형적으로, 형상화된 연마 복합체는 소정의 패턴 또는 배열에 따라서 배킹 상에 정렬되지만, 이것이 필요조건은 아니다. 형상화된 연마 복합체는 작업 표면 중 일부가 연마층의 폴리싱 표면으로부터 함몰되도록 정렬될 수 있다.
구조화된 연마 제품들의 반투명성 막 배킹은 전형적으로 이용 중에 서브패드와 접촉될 수 있다. 일부 실시예들에서, 구조화된 연마 제품은 서브패드에 고정될 수 있다. 연마 층은 적어도 반투명성인 막 배킹의 전면에 적용될 수 있고, 접착제, 예를 들어 감압 접착제(또는 기계적 고정 디바이스)는 적어도 반투명성인 막 배킹의 반대면에 적용될 수 있다. 적절한 서브패드들은 예를 들어 미국 특허 번호들 5,692,950 및 6,007,407 (이 둘 모드 Rutherford 등의)에 개시된다. 광 검출 방법들을 이용하는 경우, 서브패드 및 서브패드가 자리잡고 있는 임의의 플래튼(platen)들은 광원(예를 들어 레이저)으로부터의 연속 광 경로가 플래튼 및 서브패드를 통과하도록 허용하는 적어도 하나의 적절한 크기의 윈도(예를 들어 개구 또는 투명 삽입부)를 가져야만 한다.
제공되는 구조화된 연마 제품들은 자신들이 예를 들어 레이저 간섭과 같은 광 검출 방법들을 이용하는데 적합한 충분한 광 투과율을 가지도록 제작된다. 예를 들어, 구조화된 연마 제품은, 예를 들어, 레이저의 출력 파장에 대응하는 임의의 파장 범위에 걸쳐 적어도 1.5, 2.0, 2.5, 3.0, 3.5, 4.0, 4.5, 또는 심지어 5.0 퍼센트 또는 그 이상의 광 투과율을 가질 수 있다. 예시적인 레이저 파장들은: 694 ㎚(루비), 676.4 ㎚ (Kr-이온), 647.1 ㎚ (Kr-이온), 635-660 ㎚ (InGaAlP 반도체), 633 ㎚ (HeNe), 628 ㎚ (ruby), 612 ㎚ (HeNe), 578 (Cu vapor), 568.2 ㎚ (Kr-이온), 543 ㎚ (HeNe), 532 ㎚ (DPSS 반도체), 530.9 ㎚ (Kr-이온), 514.5 ㎚ (Ar-이온), 511 ㎚ (Cu 증기), 501.7 ㎚ (Ar), 496.5 ㎚ (Ar), 488.0 ㎚ (Ar), 476.5 ㎚ (Ar), 457.9 ㎚ (Ar), 442 ㎚ (HeCd), or 428 ㎚ (N2 +)를 포함한다.
제공되는 구조화된 연마 제품들은 실리콘 또는 다른 금속들을 함유하고 자체의 외측면에 산화막을 가지는 그러한 웨이퍼들을 포함하는 웨이퍼들(예를 들어, 실리콘 웨이퍼들, 유리 웨이퍼들 등)과 같은 작엄편들을 연마 및/또는 폴리싱하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 구조화된 연마 제품은 웨이퍼 상에 증착된 유전체 물질 및/또는 웨이퍼 자체를 연마 및/또는 폴리싱하는 데 유용할 수 있다. 추가적으로, 제공되는 연마 제품은 사파이어 또는 다른 미네랄들과 같은 다른 재료들을 연마 또는 가공하는데 유용할 수 있음이 고려된다. 웨이퍼 폴리싱 속도 및 특성에 영향을 주는 변수는, 예를 들어, 웨이퍼 표면과 연마 제품 간의 적절한 접촉 압력의 선택, 작동 유체의 종류, 웨이퍼 표면과 연마 제품 간의 상대 속도 및 상대 움직임, 그리고 작동 유체의 흐름 속도를 포함한다. 이들 변수는 상호 독립적이고, 전형적으로 처리 중인 개별 웨이퍼 표면에 기초하여 선택된다.
본 발명에 따른 구조화된 연마 제품들은 예를 들어 웨이퍼 평탄화 프로세스 전에 그리고/또는 웨이퍼 평탄화 프로세스 동안 간헐적으로 패드 컨디셔너(예를 들어 금속 매트릭스 내에 유지되는 다이아몬드 그리트(grit)들에 의한)를 이용하여 표면을 연마함으로써 컨디셔닝될 수 있다. 한가지 유용한 컨디셔너는 캘리포니아주 헤이워드 소재의 모건 어드밴스드 세라믹스(Morgan Advanced Ceramics)로부터 입수가능한 부품 번호 CMP-20000TS인 CMP 패드 컨디셔너(전형적으로 경성 배킹 플레이트 상에 장착됨)이다.
일반적으로, 단일 반도체 웨이퍼용으로 다수의 공정 단계들이 있을 수 있기 때문에, 반도체 제작 산업은 공정이 상대적으로 높은 재료 제거율을 제공할 것을 예상한다. 특정의 연마 제품에 의해 달성되는 물질 제거율은 전형적으로 기계 조건 및 처리되는 웨이퍼 표면의 유형에 따라 변할 것이다. 그러나, 전형적으로 높은 도체 또는 유전체 재료 제거율을 갖는 것이 바람직하지만, 웨이퍼 표면의 목적하는 표면 마감 및/또는 형상을 손상시키지 않도록 도체 또는 유전체 재료 제거율이 선택될 수 있다.
이제 도 2를 참조하면, 웨이퍼의 표면을 컨디셔닝하는 예시적인 방법에서, 구조화된 연마 제품(100)은 서브패드(210)에, 순차적으로 플래튼(220)에 접촉 및 고정된다. 폼(예를 들어 폴리우레탄 폼) 또는 다른 압축 재료를 포함할 수 있는 서브패드(210)는 자체의 내부에 제 1 윈도(212)를 가지며, 플래튼(220)은 자체의 내부에 제 2 윈도(222)를 가진다. 웨이퍼 홀더(233)가 모터(도시 생략)에 연결되어 있는 헤드 유닛(231)에 장착된다. 짐벌 척(Gimbal chuck)(232)은 헤드 유닛(231)으로부터 웨이퍼 홀더(233)로 연장된다. 웨이퍼 홀더(233)는 웨이퍼(240)를 헤드 유닛(231)에 고정하고 또한 반도체 웨이퍼가 평탄화동안 이탈되는 것을 방지하는 것을 보조한다. 웨이퍼 홀더(233)는 링 부분(233a)에서 웨이퍼(240)와 나란히 뻗어 있다. 링부(233a)(선택사양임)는 별개의 피스일 수 있거나 웨이퍼 홀더(233)에 통합될 수 있다. 웨이퍼(240)는 구조화된 연마 제품(100)의 연마 층(120)에 접촉하도록 이동되고, 웨이퍼(240) 및 연마 층(120)은 서로 상대적으로 이동된다. 제2 창(222), 제1 창(212) 및 구조화된 연마 제품(100)을 통과하고 웨이퍼(240)의 산화물 표면(242)에서 반사된 다음에 그의 경로를 되돌아가는 레이저 빔(250)을 사용하여 폴리싱/연마의 경과가 모니터링된다. 선택적인 작동 유체(260)는 연마 공정을 용이하게 해주기 위해 사용될 수 있다. 저장조(237)는 배관(238)을 통해 반도체 웨이퍼와 연마층 사이의 계면 내로 펌핑되는 임의의 작업 유체(260)를 보유한다. 유용한 작동 유체는, 예를 들어, 미국 특허 제5,958,794호(Bruxvoort 등)에 열거된 것들을 포함한다.
일반적으로, 실질적으로 스크래치 및 결함이 없는 웨이퍼 표면 마무리가 바람직하다. 웨이퍼의 표면 마감은 공지의 방법에 의해 평가될 수 있다. 한가지 방법은, 조도의 척도를 제공하고 스크래치 또는 기타 표면 결함을 나타낼 수 있는 Rt 값을 측정하는 것이다. 웨이퍼 표면은 전형적으로 약 0.4 나노미터 이하, 더욱 전형적으로 약 0.2 나노미터 이하, 및 더욱 더 전형적으로 약 0.05 나노미터 이하의 Rt 값을 산출하도록 개질된다. Rt는 전형적으로 Wyko RST PLUS 간섭계(미국 애리조나주 투산 소재의 Wyko Corp.), 또는 Tencor 표면 형상 측정기 (미국 캘리포니아주 산호세 소재의 KLA-Tencor Corp.) 등의 레이저 간섭계를 사용하여 측정된다. 스크래치 검출은 또한 암시야 현미경(dark field microscopy)에 의해 측정될 수 있다. 스크래치 깊이는 원자력 현미경에 의해 측정될 수 있다.
웨이퍼 표면 처리가, 웨이퍼 표면의 조성물에 기초하여 선택될 수 있는 작동 유체의 존재 하에 수행될 수 있다. 일부 응용에서, 작동 유체는 전형적으로 물을 포함한다. 작동 유체는 화학 기계적 폴리싱 공정을 통해 연마 제품과 관련한 처리를 도울 수 있다. 화학적 폴리싱 부분 동안에, 작업 유체가 외측 또는 노출된 웨이퍼 표면과 반응할 수 있다. 이어서, 기계적 처리 부분 동안, 연마 제품은 이 반응 산물을 제거할 수 있다.
메모리 저장 디바이스들 및 다른 일렉트로닉스들의 현재의 추세는 소형화이다. 결함들을 발생시키지 않고 매우 작은 노드들을 지니는 웨이퍼들을 폴리싱할 수 있는 연마 제품들이 필요하다. 일부 예시적인 디바이스들은 32㎚ 또는 심지어 28㎚만큼 작은 노드들을 지닌다. 이 웨이퍼들을 폴리싱하기 위해, 연마 제품이 매우 적은 결함들을 지니는 매끄러운 표면을 상대적으로 고속으로 만들 수 있는 것이 중요하다. 게다가, 웨이퍼에는 결함들을 발생시키지 않고 매우 작은 노드들을 지니는 웨이퍼들을 폴리싱할 수 있는 연마 제품들이 필요할 수 있다. 일부 예시적인 디바이스들은 32㎚ 또는 심지어 28㎚만큼 작은 노드들을 지닌다. 이 웨이퍼들을 폴리싱하기 위해, 연마 제품이 매우 적은 결함들을 지니는 매끄러운 표면을 상대적으로 고속으로 만들 수 있는 것이 중요하다. 게다가 폴리싱 이후에, 지름이 100 ㎜ 이상일 수 있는 웨이퍼는 최소한의 디싱(dishing)(중심보다 가장자리에서 더 마모된 것)으로 균일한 프로파일을 가지는 것이 필요하다. 의외로, 연마 입자들을 가지는 중합체 바인더 및 중합체 바인더에서 분산된 비이온성 폴리에테르 계면활성제를 포함하는 구조화된 연마 제품들은, 연마 입자들이 약 200㎚ 미만, 야 150㎚ 미만, 140㎚ 미만, 또는 심지어 130㎚ 미만의 평균 입자 크기를 가질 때 그리고 비이온성 폴리에테르 계면활성제가 구조화된 접착제의 0.75로 내지 2.2까지, 1.0 내지 2.2까지, 또는 심지어 1.5로 내지 2.0까지의 중량 퍼센트 내에 존재할 때, 열 산화막 웨이퍼들로부터 1500 Å/min을 초과하는 비율들로 재료들을 제거할 수 있다는 것이 발견되었다. 예 섹션에서의 표 1이 이 결과를 도시한다. 제공되는 연마 제품들은 연마 입자 크기, 비이온성 폴리에테르 계면활성제의 양의 특정한 조합, 및 구성을 가짐으로써, 계면활성제가 가교되어 있는 바인더에서 적절한 양으로 분산되어, 적은 결함들 및 우수한 웨이퍼-교차 균일성을 가지면서도 높은 웨이퍼 제거율들이 가능하다.
본 발명의 목적 및 이점은 하기의 비제한적 실시예에 의해 추가로 예시되지만, 이들 실시예에 인용된 그 특정 물질 및 양 뿐만 아니라 기타 조건이나 상세 사항은 본 발명을 부당하게 제한하는 것으로 해석되어서는 안된다.
실시예
예 1 - 계면활성제가 1%인 고정 연마 웹
세리아 분산물 1의 준비
세리아 분산액(11.4045 ㎏, 오하이오의 Ferro Corporation of Independence로부터 구입 가능한, 51.06%의 수중 고체, 132 ㎚ 평균 입자 크기)을 혼합 용기에 담았고 그 후에 703 그램의 2-(2-메톡시에톡시)에톡시아세트산, 568 그램의 β-카르복시에틸 아크릴레이트 (산 #5.9-6.0), 및 2.7907 킬로그램의 1-메톡시-2-프로패놀이 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)이 도포된 날(blade)을 이용하여 혼합하는 동안 서서히 추가되었다. 이 혼합물은 50℃로 가열되었고 하룻밤 정도 혼합되었다. 이어서, 혼합물을 회전 증발기로 이송하여, 감압 하에서 과량의 물을 제거하였다. 그 결과적인 분산액은 49.32 퍼센트의 고체 함량을 가진다.
슬러리 1의 준비
혼합 용기 내로 45.000 ㎏ 세리아 분산액 1, 665.8 그램의 DISPERBYK-111 습윤 및 분산 첨가제(커네티컷, Wallingford의 BYK-Chemie USA, Inc,로부터 구입 가능)를 혼합하였다 . 이 혼합물에 125.9 그램의 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트(펜실베니아의 필라델피아의 Rohm and Haas Co.로부터 구입 가능), 318.7 그램의 2-패녹시에틸 아크릴레이트(펜실베니아, Sartomer Co 또는 Exton으로부터 SR 339로서 구입 가능), 2.445 ㎏의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(콜로라도, Sartomer로부터 SR 351로 구입 가능), 137.1 그램의 β-카르복시에틸 아크릴레이트 (메릴랜드, 코키즈빌의 Bimax Inc.로부터 구입 가능), 252.2 그램의 TERGITAL 15-7-S (Sigma Aldrich Inc.로부터 구입 가능), 및 466.1 그램의 1-메톡시-2-프로판올에서 용해된 15.13 그램의 페노티아진이 첨가되었다. 폴리테트라플루오로에틸렌-코팅된 블레이드를 사용하여 혼합물을 30분 동안 혼합한 후에, 회전 증발기로 이송하여 1-메톡시-2-프로판올을 제거하였다. 이 슬러리는 상온으로 냉각되었고, 그 후에 26.16 그램의 자유-라디컬 광개시제(페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, (뉴욕, Tarrytown의 Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 819로부터 구입 가능), 26.16 그램의 열 자유-라디컬 개시제(2,2 -아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴, 델라웨어의 Wilmington의 E. I. du Pont de Nemours and Co.로부터 VAZO 52로 구입 가능), 및 6.54 그램의 하이드로퀴논 모노메틸 에테르가 첨가되고 나서, 2시간 동안 혼합되었다.
실시예 1
폭이 30인치(76 ㎝)인 한 롤의 폴리프로필렌 제조 공구가 제공되었다. 폴리프로필렌 제조 공구는, 10 퍼센트의 캐비테이션(cavitation) 영역에 대응하는, 6각형의 원주형 캐비티들(125㎛폭 및 30㎛ 깊이)의 6각 어레이(350 마이크로미터들의 중심 사이 간격)를 가지는 폴리프로필렌 막이었다. 제조 공구는 본질적으로 궁극적인 구조화된 연마 제품에서의 연마 복합체의 원하는 형상, 치수 및 배열과 정반대이었다. 미국 특허 번호 7,497,885 (Kollodge)에 개시된 방법 4는 이 공구의 추가 설명 및 이의 이용법을 제공한다. 슬러리 1은 캐스팅(casting) 롤 및 닙 롤(nip roll)(1300 파운드의 집기력(5.78 kN))을 이용하여 제조 공구의 캐비티들 및 반투명성 폴리카보네이트/PBT 기반 막 배킹 재료(7 mil(0.18㎜) 두께, 펜실베니아, Pittsburgh, Bayer Corp.로부터 BAYFOL CR6-2로 구입 가능) 사이에 도포되었고, 그 후에 10피트/min의 선속도(3.0m/min)로 6.0 킬로와트/인치(2.36kJ/hr-㎝)의 총 노출량으로 UV 광원(Fusion Systems로부터 구입 가능한 V Bulb, 모델 EPIQ)을 통과하였다 . 얻어진 구조화된 연마 제품(SA1)이 UV 경화된 후에 제조 공구로부터 제거되었다.
SA1은 캘리포니아, Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 상표명 REFLEXION 폴리셔(polisher) 하에서 구입 가능한 CMP 폴리셔를 이용하고, 3.0 lb/in(20.7㎪)의 웨이퍼 압력, 분당 30 회전하는 플래튼 속도, 및 1분 동안 8밀리미터의 웹 인덱스 속도를 이용하여, 열적 산화물 블랭킷 웨이퍼들(자체의 표면에 산화 실리콘의 마이크로미터 막 두께를 가지는 직경 200㎜)을 폴리싱하는데 이용되었다. 측정된 제거율은 위의 그래프에 도시된 바와 같이, 예상되지 않은 중심 고속 웨이퍼 프로파일로서, 열적 산화물 웨이퍼들에 대해 평균 1625 Å/min이었고, 이는 웨이퍼들에 적용되는 압력들을 조정함으로써 웨이퍼 프로파일을 미세조정하는 선택사양을 자체의 최적의 균일성으로 제공한다.
실시예 2 - 계면활성제가 2%인 고정 연마 웹
세리아 분산물 2의 준비
세리아 분산액(102.195 ㎏, 오하이오의 Ferro Corporation of Independence로부터 구입 가능한, 51.06%의 수중 고체, 135 ㎚ 평균 입자 크기)을 혼합 용기에 담았고 그 후에 622 그램의 2-(2-메톡시에톡시)에톡시아세트산, 503 그램의 β-카르복시에틸 아크릴레이트 산, 및 2.4752 킬로그램의 1-메톡시-2-프로판올이 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene)이 도포된 날을 이용하여 혼합하는 동안 서서히 추가되었다. 이 혼합물은 50℃로 가열되었고 하룻밤 정도 혼합되었다. 이어서, 혼합물을 회전 증발기로 이송하여, 감압 하에서 과량의 물을 제거하였다. 그 결과적인 분산액은 49.13 퍼센트의 고체 함량을 가진다.
슬러리 2의 준비
혼합 용기 내로 45.000 ㎏ 세리아 분산액 2, 733.8 그램의 DISPERBYK-111 습윤 및 분산 첨가제(커네티컷, Wallingford의 BYK-Chemie USA, Inc,로부터 구입 가능)를 혼합하였다. 이 혼합물에 125.4 그램의 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트(펜실베니아의 Philadelphia의 Rohm and Haas Co.로부터 구입 가능), 317.7 그램의 2-패녹시에틸 아크릴레이트(펜실베니아, Sartomer Co 또는 Exton으로부터 SR 339로서 구입 가능), 2.435 ㎏의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(콜로라도, Sartomer로부터 SR 351로 구입 가능), 136.6 그램의 β-카르복시에틸 아크릴레이트 (메릴랜드, Cockeysville의 Bimax Inc.로부터 구입 가능), 502.5 그램의 TERGITOL 15-7-S (Sigma Aldrich Inc.로부터 구입 가능), 및 464.3 그램의 1-메톡시-2-프로판올에서 용해된 15.07 그램의 페노티아진이 첨가되었다. 이 혼합물은 30분 동안 폴리테트라플루오로에틸렌이 도포된 날을 이용하여 혼합되고나서, 회전식 증발기로 옮겨져서 1-메톡시-2-프로판올을 제거하였다. 이 슬러리는 상온으로 냉각되었고, 그 후에 27.0 그램의 자유-라디컬 광개시제(페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, 뉴욕, Tarrytown의 Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 819로부터 구입 가능), 27.0 그램의 열 자유-라디컬 개시제(2,2 -아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴, 델라웨어의 Wilmington의 E. I. du Pont de Nemours and Co.로부터 VAZO 52로 구입 가능), 및 6.75 그램의 하이드로퀴논 모노메틸 에테르가 첨가되고 나서, 2시간 동안 혼합되었다.
실시예 2
폭이 30인치(76 ㎝)인 한 롤의 폴리프로필렌 제조 공구가 제공되었다. 폴리프로필렌 제조 공구는, 10 퍼센트의 캐비테이션(cavitation) 영역에 대응하는, 6각형의 원주형 캐비티들(125㎛폭 및 30㎛ 깊이)의 6각 어레이(350 마이크로미터들의 중심 사이 간격)를 가지는 폴리프로필렌 막이었다. 제조 공구는 본질적으로 궁극적인 구조화된 연마 제품에서의 연마 복합체의 원하는 형상, 치수 및 배열과 정반대이었다. 슬러리 2는 캐스팅 롤 및 닙 롤(1300 파운드의 집기력(5.78 kN))을 이용하여 제조 공구의 캐비티들 및 반투명성 폴리카보네이트/PBT 기반 막 배킹 재료(7 mil(0.18㎜) 두께, 펜실베니아, Pittsburgh, Bayer Corp.로부터 BAYFOL CR6-2로 구입 가능) 사이에 도포되었고, 그 후에 10피트/min의 선속도(3.0m/min)로 6000 킬로와트/inch(2.36kJ/hr-㎝)의 총 노출량으로 UV 광원(Fusion Systems로부터 구입 가능한 V Bulb, 모델 EPIQ)을 통과하였다. 얻어진 구조화된 연마 제품(SA2)이 UV 경화된 후에 제조 공구로부터 제거되었다.
SA2는 캘리포니아, Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 상표명 REFLEXION 폴리셔 하에서 구입 가능한 CMP 폴리셔를 이용하고, 3.0 lb/in(20.7㎪)의 웨이퍼 압력, 분당 30 회전하는 플래튼 속도, 및 1분 동안 8밀리미터의 웹 인덱스 속도를 이용하여, 열적 산화물 블랭킷 웨이퍼들(자체의 표면에 산화 실리콘의 마이크로미터 막 두께를 가지는 직경 200㎜)을 폴리싱하는데 이용되었다. 측정된 제거율은 위의 그래프에 도시된 바와 같이, 예상되지 않은 중심 고속 웨이퍼 프로파일로서, 열적 산화물 웨이퍼들에 대해 평균 2011 Å/min이었고, 이는 웨이퍼들에 적용되는 압력들을 조정함으로써 웨이퍼 프로파일을 미세조정하는 선택사양을 자체의 최적의 균일성으로 제공한다.
비교예 1 - 계면활성제 없는 고정 연마 웹
슬러리 3의 준비
혼합 용기 내로 45.000 ㎏ 세리아 분산액 2, 663.3 그램의 DISPERBYK-111 습윤 및 분산 첨가제(커네티컷, Wallingford의 BYK-Chemie USA, Inc,로부터 구입 가능)를 혼합하였다. 이 혼합물에 125.4 그램의 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트(미국 펜실베니아주 필라델피아 소재의 Rohm and Haas Co.로부터 입수가능함), 317.5 그램의 2-페녹시에틸 아크릴레이트(미국 펜실베니아주 엑스턴 소재의 Sartomer Co.로부터 SR 339로 입수가능함), 2.4354 그램의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Sartomer or Co.로부터 SR 351로 입수가능함)), 136.6 그램의 β-카르복시에틸 아크릴레이트(미국 메릴랜드주 콕키스빌 소재의 Bimax Inc.로부터 입수가능함), 및 464.3 그램의 1-메톡시-2-프로판올에서 용해된 15.07 그램의 페노티아진이 첨가되었다. 폴리테트라플루오로에틸렌-코팅된 블레이드를 사용하여 혼합물을 30분 동안 혼합한 후에, 회전 증발기로 이송하여 1-메톡시-2-프로판올을 제거하였다. 이 슬러리는 상온으로 냉각되었고, 그 후에 20.04 그램의 자유-라디컬 광개시제(페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드 (뉴욕, Tarrytown의 Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 819로부터 구입 가능), 20.04 그램의 열 자유-라디컬 개시제(2,2 -아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴, 델라웨어의 Wilmington의 E. I. du Pont de Nemours and Co.로부터 VAZO 52로 구입 가능), 및 5.01 그램의 하이드로퀴논 모노메틸 에테르가 첨가되고 나서, 2시간 동안 혼합되었다.
비교예 1
폭이 30인치(76 ㎝)인 한 롤의 폴리프로필렌 제조 공구가 제공되었다. 폴리프로필렌 제조 공구는, 10 퍼센트의 캐비테이션 영역에 대응하는, 6각형의 원주형 캐비티들 ㎛(125㎛폭 및 30㎛ 깊이)의 6각 어레이(350 마이크로미터들의 중심 사이 간격)를 가지는 폴리프로필렌 막이었다. 제조 공구는 본질적으로 궁극적인 구조화된 연마 제품에서의 연마 복합체의 원하는 형상, 치수 및 배열과 정반대이었다. 슬러리 3은 캐스팅 롤 및 닙 롤(1300 파운드의 집기력(5.78 kN))을 이용하여 제조 공구의 캐비티들 및 반투명성 폴리카보네이트/PBT 기반 막 배킹 재료(7 mil(0.18㎜) 두께, 펜실베니아, Pittsburgh, Bayer Corp.로부터 BAYFOL CR6-2로 구입 가능) 사이에 도포되었고, 그 후에 10피트/min의 선속도(3.0m/min)로 6000 킬로와트/인치(2.36kJ/hr-㎝)의 총 노출량으로 UV 광원(Fusion Systems로부터 구입 가능한 V Bulb, 모델 EPIQ)을 통과하였다. 얻어진 구조화된 연마 제품(SA3)이 UV 경화된 후에 제조 공구로부터 제거되었다.
SA3은 캘리포니아, Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 상표명 REFLEXION 폴리셔(polisher) 하에서 구입 가능한 CMP 폴리셔를 이용하고, 3.0 lb/in(20.7㎪)의 웨이퍼 압력, 분당 30 회전하는 플래튼 속도, 및 1분 동안 5밀리미터의 웹 인덱스 속도를 이용하여, 열적 산화물 블랭킷 웨이퍼들(자체의 표면에 산화 실리콘의 마이크로미터 막 두께를 가지는 직경 200㎜)을 폴리싱하는데 이용되었다. 측정된 제거율은 위의 그래프에 도시된 바와 같이, 전형적인 중심 저속 및 가장자리 고속 교차 웨이퍼 프로파일로서, 열적 산화물 웨이퍼들에 대해 평균 742 Å/min이었고, 이는 극복하기 어렵다.
비교예 2 - 계면활성제가 3%인 고정 연마 웹
슬러리 4의 준비
혼합 용기 내로 1.0747 ㎏ 세리아 분산액 2, 15.8 그램의 DISPERBYK-111 습윤 및 분산 첨가제(커네티컷, Wallingford의 BYK-Chemie USA, Inc.로부터 구입 가능)를 혼합하였다. 이 혼합물에 3.00 그램의 2-하이드록시에틸 메타아크릴레이트(펜실베니아의 Philadelphia의 Rohm and Haas Co.로부터 구입 가능), 7.58 그램의 2-패녹시에틸 아크릴레이트(펜실베니아, Sartomer Co 또는 Exton으로부터 SR 339로서 구입 가능), 58.16 그램의 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Sartomer Co.로부터 SR 351로 구입 가능), 3.26 그램의 β-카르복시에틸 아크릴레이트 (메릴랜드, Cockeysville의 Bimax Inc.로부터 구입 가능), 18.0 그램의 TERGITAL 15-7-S (Sigma Aldrich Inc.로부터 구입 가능), 및 20 그램의 1-메톡시-2-프로판올에서 용해된 0.36 그램의 페노티아진이 첨가되었다. 이 혼합물은 30분 동안 폴리테트라플루오로에틸렌이 도포된 날을 이용하여 혼합되고나서, 회전식 증발기로 옮겨져서 1-메톡시-2-프로판올을 제거하였다. 이 슬러리는 상온으로 냉각되었고, 그 후에 0.65 그램의 자유-라디컬 광개시제(페닐 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥사이드, 뉴욕, Tarrytown의 Ciba Specialty Chemicals로부터 IRGACURE 819로부터 구입 가능), 0.65 그램의 열 자유-라디컬 개시제(2,2 -아조비스(2,4-디메틸발레로니트릴, 델라웨어의 Wilmington의 E. I. du Pont de Nemours and Co.로부터 VAZO 52로 구입 가능), 및 0.16 그램의 하이드로퀴논 모노메틸 에테르가 첨가되고 나서, 2시간 동안 혼합되었다.
폭이 30인치(76 ㎝)인 한 롤의 폴리프로필렌 제조 공구가 제공되었다. 폴리프로필렌 제조 공구는 육각형 기둥 캐비티(폭이 125 마이크로미터이고 깊이가 30 마이크로미터임)의 육각형 어레이(중심에서 중심까지가 350 마이크로미터임)[10 퍼센트 캐비테이션 영역(cavitation area)에 대응함]를 가진 폴리프로필렌 필름이었다. 제조 공구는 본질적으로 궁극적인 구조화된 연마 제품에서의 연마 복합체의 원하는 형상, 치수 및 배열과 정반대이었다. 슬러리 4는 캐스팅 롤 및 닙 롤(1300 파운드의 집기력(5.78 kN))을 이용하여 제조 공구의 캐비티들 및 반투명성 폴리카보네이트/PBT 기반 막 배킹 재료(7 mil(0.18㎜) 두께, 펜실베니아, Pittsburgh, Bayer Corp.로부터 BAYFOL CR6-2로 구입 가능) 사이에 도포되었고, 그 후에 10피트/min의 선속도(3.0m/min)로 6000 킬로와트/inch(2.36kJ/hr-㎝)의 총 노출량으로 UV 광원(Fusion Systems로부터 구입 가능한 V Bulb, 모델 EPIQ)을 통과하였다. 얻어진 구조화된 연마 제품(SA4)이 UV 경화된 후에 제조 공구로부터 제거되었다.
SA4는 캘리포니아, Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 상표명 REFLEXION 폴리셔(polisher) 하에서 구입 가능한 CMP 폴리셔를 이용하고, 3.0 lb/in(20.7㎪)의 웨이퍼 압력, 분당 30 회전하는 플래튼 속도, 및 1분 동안 8밀리미터의 웹 인덱스 속도를 이용하여, 열적 산화물 블랭킷 웨이퍼들(자체의 표면에 산화 실리콘의 마이크로미터 막 두께를 가지는 직경 200㎜)을 폴리싱하는데 이용되었다. 이 막은 폴리싱 동안 분리되는 것이 발견되었고, 웨이퍼들을 폴리싱할 수 없었다.
비교예 3 - 폴리시 유체에 추가된 계면활성제
SA3은 캘리포니아, Santa Clara의 Applied Materials, Inc.로부터 상표명 REFLEXION 폴리셔(polisher) 하에서 구입 가능한 CMP 폴리셔를 이용하고, 3.0 lb/in(20.7㎪)의 웨이퍼 압력, 분당 30 회전하는 플래튼 속도, 및 1분 동안 5밀리미터의 웹 인덱스 속도를 이용하여, 열적 산화물 블랭킷 웨이퍼들(자체의 표면에 산화 실리콘의 마이크로미터 막 두께를 가지는 직경 200㎜)을 폴리싱하는데 이용되었다. TERGITOL의 양은 계산치들에 기초하는 예 2에서의 FA 웹에서의 양과 동일하게 폴리시 유체에 첨가되었다 . 측정된 제거율은 도 3에 도시된 바와 같이, 전형적인 중심 저속 및 가장자리 교차 웨이퍼 프로파일로서, 열적 산화물 웨이퍼들에 대해 평균 793 Å/min이었다.
예들 및 비교예들의 제거율들은 표 1에 도시된다.
[표 1]
Figure pct00001
본 발명의 범주 및 취지를 벗어나지 않고도 본 발명에 대한 다양한 변형 및 변경이 당업자에게 명백하게 될 것이다. 본 발명은 본 명세서에 개시된 예시적 실시 형태 및 실시예로 부당하게 제한하고자 하는 것이 아니며, 그러한 실시예 및 실시 형태는 단지 예시의 목적으로 제시되고, 본 발명의 범주는 이하의 본 명세서에 개시된 특허청구범위로만 제한하고자 함을 이해하여야 한다. 본 개시 내용에 인용된 모든 참고 문헌은 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.

Claims (17)

  1. 구조화된 연마 제품에 있어서
    대향하는 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 배킹과;
    제 1 주 표면 상에 배치되고 고정되는 구조화된 연마 층을 포함하고, 구조화된 연마층은:
    중합체 바인더;
    바인더 내에 분산된 연마 입자들; 및
    바인더 내에 분산된 비이온성 폴리에테르 계면활성제를 포함하고,
    연마 입자들은 약 200㎚ 미만의 평균 입자 크기를 가지고,
    비이온성 폴리에테르 계면활성제는 가교된 중합체 바인더에 공유 결합되지 않고
    비이온성 폴리에테르 계면활성제는 구조화된 연마 층의 총 중량을 기준으로 0.75 내지 2.2 중량 퍼센트의 양으로 존재하는, 구조화된 연마 제품.
  2. 제1항에 있어서, 비이온성 폴리에테르 계면활성제는 구조화된 연마 층의 총 중량을 기준으로 1.0 내지 2.2 중량 퍼센트의 양으로 존재하는, 구조화된 연마 제품.
  3. 제1항에 있어서, 성형된 연마 복합체들이 정밀하게 성형되는, 구조화된 연마 제품.
  4. 제1항에 있어서, 가교된 중합체 바인더는 아크릴계 중합체를 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  5. 제1항에 있어서, 계면활성제는 폴리에틸렌 옥사이드 세그먼트(segment)를 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  6. 제1항에 있어서, 계면활성제는 폴리프로필렌 옥사이드 세그먼트를 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  7. 제1항에 있어서, 성형된 연마 복합체는 음이온성 포스페이트 폴리에테르 에스테르를 더 포함하고
    음이온성 포스페이트 폴리에테르 에스테르는 비이온성 폴리에테르 계면활성제의 중량보다 더 적은 중량의 양으로 존재하는, 구조화된 연마 제품.
  8. 제1항에 있어서, 배킹은 중합체 막을 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  9. 제8항에 있어서, 중합체 막은 엘라스토머성 폴리우레탄을 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  10. 제1항에 있어서, 배킹은 중합체 폼(foarm)을 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  11. 제1항에 있어서, 제 2 주 표면에 직접적으로 결합되는 부착 인터페이스 층을 더 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  12. 제11항에 있어서, 부착 인터페이스 층은 제 2 주 표면 상에 배치되는 감압 접착제를 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  13. 제11항에 있어서, 부착 인터페이스 층은 루프 섬유를 포함하는, 구조화된 연마 제품.
  14. 작업편(workpiece)을 연마하는 방법에 있어서:
    수성 유체의 존재 하에 구조화된 연마 제품의 적어도 일부분을 작업편의 표면에 마찰 접촉시키는 단계; 및
    작업편 또는 구조화된 연마 층의 적어도 하나를 서로 상대적으로 이동시켜 작업편의 표면의 적어도 일부를 연마하는 단계를 포함하고,
    구조화된 연마 제품은:
    대향하는 제1 주표면 및 제2 주표면을 갖는 배킹과;
    제 1 주 표면 상에 배치되고 고정되는 구조화된 연마 층을 포함하고, 구조화된 연마층은:
    중합체 바인더;
    바인더 내에 분산된 연마 입자들; 및
    바인더 내에 분산된 비이온성 폴리에테르 계면활성제를 포함하고,
    연마 입자들은 약 200㎚ 미만의 평균 입자 크기를 가지고,
    비이온성 폴리에테르 계면활성제는 가교된 중합체 바인더에 공유 결합되지 않고
    비이온성 폴리에테르 계면활성제는 구조화된 연마 층의 총 중량을 기준으로 0.75 내지 2.2 중량 퍼센트의 양으로 존재하는, 작업편을 연마하는 방법.
  15. 제14항에 있어서, 작업편은 산화물 웨이퍼인, 작업편을 연마하는 방법.
  16. 제14항에 있어서, 작업편은 실리콘을 포함하는, 작업편을 연마하는 방법.
  17. 제14항에 있어서, 수성 유체는 수도물을 포함하는, 작업편을 연마하는 방법.
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