KR20160124208A

KR20160124208A - 연마 패드 소재의 광 투과율을 제어하기 위한 방법 및 시스템

Info

Publication number: KR20160124208A
Application number: KR1020167025891A
Authority: KR
Inventors: 토마스 웨스트; 피터 맥키버; 개리 퀴글리; 설리 홀라니; 페피토 갈베즈
Original assignee: 토마스 웨스트 인코포레이티드
Priority date: 2014-02-20
Filing date: 2015-02-19
Publication date: 2016-10-26
Also published as: SG10201807026VA; TW201534430A; SG11201606734RA; WO2015127077A1; TWI647066B; KR102362562B1

Abstract

연마 패드 소재의 광 투과율을 제어하기 위한 방법 및 시스템이 제공된다. 방법과 시스템은 연마 패드 소재의 광 투과율을 판단하기 위해 제어 파라미터들을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 제어 파라미터들은 또한 전처리 제어, 주조 제어, 및/또는, 경화 제어를 포함할 수 있다. 방법과 시스템은 또한 연마 패드의 광 투과율을 제어하는 연마 패드를 조립하기 위해 제공된다. 부가적으로, 제어된 광투과율을 가지는 연마 패드가 제공된다.

Description

연마 패드 소재의 광 투과율을 제어하기 위한 방법 및 시스템{METHOD AND SYSTEMS TO CONTROL OPTICAL TRANSMISSIVITY OF A POLISH PAD MATERIAL}

관련된 출원에 대한 상호 참조

본 미국 특허 출원은 2014년 2월 20일에 출원된 특허 가출원 번호 61/942,457의 이익을 주장한다. 본 미국 특허 출원은 2013년 4월 1일에 출원된 미국 특허 출원 번호 13/854,856, 및 2012년 4월 2일에 출원된 미국 특허 가출원 번호 61/619,328에 관련이 되어 있으며, 모든 목적을 위해 그 전체가 본 명세서에 참조로서 포함된다.

본 발명은 일반적으로 연마 패드와 관련이 있다. 더 세부적으로, 본 발명은 연마 패드 소재의 광 투과율을 제어하기 위한 방법과 관련이 있다.

연마(또한 평탄화로도 일컬어진다)는 반도체, 하드 디스크 드라이브, 및 광학 제품의 생산에서 공통적으로 사용되는 공정 단계이다. 반도체 장치들의 생산에 이용되는 연마 공정은 일반적으로 기판을 폴리머 패드에 마찰시키는 단계 또는 이와는 반대의 단계로 구성된다. 일반적으로 미세 입자(슬러리)를 포함하는, 화학적 용해가 기판과 폴리머 패드 사이의 경계면에 존재한다.

연마는 또한 화학적 기계 연마(CMP)로 일컬어질 수 있다. CMP를 위해 사용된 일부 연마 패드는 열린 셀 폴리우레탄 소재들을 사용하는 반면에, CMP를 위해 사용된 폴리머 연마 패드는 닫힌 셀 폴리우레탄 소재들을 사용할 수 있다. 부가적으로, 폴리머(예를 들어, 용융된 소재)가 침투한 섬유, 또는 연마제와 결합된 폴리머가 사용될 수 있다. 그러한 패드의 표면은 미세조직을 포함할 수 있다. 미세 조직은 조건화 공정(conditioning process)을 보완할 수 있으며 궁극적으로는 패드의 연마 작업을 보완할 수 있다. 이러한 본질적인 미세 구조 내의 불일치는 패드의 연마 작업의 편차로 이어질 수 있다. 이러한 이유로 인하여, 패드 제조업자들은 그들의 생산품에서 그러한 편차를 감소시키기 위해 패드 생산 공정을 개량하는 작업을 하였다. 대조적으로, 균일한 고체 폴리머 연마 패드는 고유의 미세 조직을 포함하지 않으며, 대신에 고유의 미세 조직은 일반적으로 미세 조직을 패드 표면에 전달하기 위한 조절 공정에 종속된다. 연마 패드는 하나 이상의 층을 가질 수 있다. 연마 패드가 하나 이상의 층들을 가지는 경우에, 연마 표면은 상부 패드로 일컬어지며, 다른 층(들)은 서브 패드 또는 서브 패드 스택으로 일컬어진다. 열린 셀 구조 또는 닫힌 셀 구조를 포함하지 않거나 셀 구조가 연마 슬러리로 용해된, 적어도 하나의 단일한 연마층을 포함하는 연마 패드는 고체 패드로 일컬어진다.

CMP 공정을 위한 연마 엔트포인트 검출은 "직접 관찰(look and see)" 모델에서 발달하였으며, 현장 시스템에서 연마/평탄화 공정의 중단을 방지한다. 2개의 주요 엔드포인트 검출 시스템은 1) 광학적 엔드포인트 검출, 및 2) 모터 전류/토크 엔드포인트 검출 시스템이다. 연마기 도구에서 광학적 엔드포인트 검출 시스템을 사용할 수 있게 하기 위하여, 그러한 시스템과 사용되어야 하는 연마기 패드는 광선이 관통하여 전송될 수 있는 영역을 포함해야 한다. 패드상의 이러한 영역은 연마 도구에 있는 엔드포인트 검출 시스템의 위치에 정렬하는 것을 필요로 한다. 일반적으로, 광선이 통과하는 패드상의 이러한 영역은 윈도우로 일컬어진다. 윈도우를 연마 패드 안으로 전달하기 위한 다양한 종류의 방법이 사용된다. 이들은 상부에 구멍을 생성하고 투명한 소재를 삽입하는 것을 포함한다. 사용되는 또다른 방법은 투명한 소재를 상부 패드의 컷 아웃 윈도우 영역에서 중합(polymerize)시키는 것이다. 모든 경우들에서, 서브 패드층 내에 대응하는 구멍이 생성되어야 할 필요가 있다. 많은 경우들에서, 상부 패드 소재 내 윈도우에 대한 지지대를 제공하기 위하여, 투명한 플러그 소재는 서브 패드층 내에 생성된 구멍에 삽입될 것이다.

연마 패드 소재의 광 투과율을 제어하기 위한 방법 및 시스템은 연마 패드 소재의 광 투과율을 판단하기 위한 제어 파라미터들을 조정하는 것을 포함할 수 있으며 전처리 제어, 주조 제어(casting controls), 및/또는 경화 제어(curing coltrols)를 더 포함할 수 있다. 방법은 또한 화학 성분들 및/또는 화학 성분들의 질량의 고체 부분과 유연한 부분의 비율에 부분적으로 기초할 수 있는 연마 패드 소재를 형성하기 위해 화학 성분들을 선택하는 것을 포함할 수 있다. 화학 성분들은 크로스링커(cross-linker), 체인익스텐더(chain extender), 및/또는 가소제 (plasticizer)를 포함할 수 있다. 화학 성분들을 선택하는 것은 이소시아네이트 타입(isocyanate type), 이성질체 구조(isomer structure), 및/또는 폴리올 타입(polyol type)일 수 있는 고분자 구조의 기능일 수 있다.

다양한 예시적 실시예에서, 방법은 화학 성분들의 혼합물 내에서 균등한 분산이 이루어지도록 화학 성분들을 혼합하는 것을 포함한다. 제어 파라미터들은, 화학 성분들을 혼합하기 이전에 화학 성분들의 온도를 개별적으로 제어하는 제1 온도 제어와 혼합하는 동안에 화학 성분들의 온도를 제어하는 제2 온도 제어 중 적어도 하나를 포함하는 전처리 제어를 포함할 수 있다. 제1 온도 제어 및/또는 제2 온도 제어는 온도 변화율을 제어하는 것을 포함할 수 있다.

연마 패드 소재를 형성하기 위한 화학 성분들을 선택하는 것은 화학 성분들보다 낮은 밀도를 가지는 소재를 화학 성분들에 첨가하는 것을 포함할 수 있다. 낮은 밀도를 가지는 소재는 미세구체(microspheres)들일 수 있다.

다양한 예시적 실시에에서, 제어 파라미터들은 주조 작업을 하는 동안 연마 패드 소재의 온도 및/또는 압력을 포함하는 주조 제어를 포함한다. 주조 온도 제어는 온도 변화율을 제어하는 것을 포함할 수 있다. 주조 제어는 또한 실린더 내에서 회전하는 연마 패드 소재로에서의 원심력을 포함할 수 있으며, 연마 패드의 두께 변화는 실린더 내에서 회전하는 연마 패드 소재에서의 원심력의 함수일 수 있다.

제어 파라미터들은 부가적으로 경화 제어를 포함할 수 있으며, 경화 제어는 시간, 온도, 및/또는 경화를 하는 동안 연마 패드 소재의 압력을 포함할 수 있다. 경화 제어의 온도 제어는 온도 변화율을 포함할 수 있다.

본 기술의 방법과 시스템은 연마 패드의 광 투과성을 제어하는 연마 패드를 조립하기 위한 방법을 포함한다. 방법은 원심 주조기 내의 몰드 내에서 서브 패드를 위한 제1 폴리머 전구체(polymer precursor)를 배열하는 단계, 서브 패드를 형성하기 위해 원심 주조기를 회전시키는 단계, 서브 패드 상단의 몰드 내에서 상단 패드를 위한 제2 폴리머 전구체를 배열하는 단계, 및 제1 폴리머 전구체, 원심 주조기의 회전, 및/또는 제2 폴리머 전구체의 제어 파라미터들을 조정하는 것을 포함할 수 있다. 방법은 몰드, 레이저 가공, 및/또는 기계적 가공을 사용하여 광선의 상부 패드를 통한 광 투과를 용이하게 하기 위해 서브 패드 내에서 윈도우(window)를 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.

본 기술의 실시예들은 실질적으로 균일하고 낮은 두께 다양성을 가지며, 공간이 없고, 가시광선이 실질적으로 투과할 수 있는 고분자층을 가지는 상부 패드층을 포함하는 제어된 광 투과성을 가지는 연마 패드를 포함한다. 연마 패드는 또한 다른 밀도의 소재를 가지고 윈도우를 포함할 수 있는 서브 패드층을 포함할 수 있다. 다른 밀도를 가지는 소재들은 미세구체들을 포함할 수 있으며 윈도우는 서브 패드의 투과율보다 큰 투과율을 가지는 제2 폴리머를 포함할 수 있다.

도 1은, 예시적인 실시예에 따라, 주조 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는, 예시적인 실시예에 따라, 예시적인 폴리머 패드의 단면을 나타내는 개략도이다.
도 3은, 예시적인 실시예에 따라, 예시적인 드럼의 단면과 예시적 몰드 삽입부 및 윈도우를 나타내는 개략도이다.
도 4는, 예시적인 실시예에 따라, 다층 연마 패드를 제작하기 위한 예시적인 방법을 도시하는 흐름도이다.

본 명세서에 사용된 광선은 가시적인 파장에 제한되지 않으며, 190 nm 내지 3500 nm 사이의 임의의 파장으로 이루어질 수 있다. 본 명세서에서 사용된 투명하다는 것은 반투명한 것도 포함하며, 특히, 특정한 파장에 대하여 임의의 비-제로(non-zero) 투과율을 포함한다.

고체 연마 패드의 개발에 의하여, 패드를 통한 광선의 전송이 가능하고 엔드포인트 검출에 효율적이다. 광선의 반사, 흡수, 및 비-고형 패드에서의 산란은 엔드포인트 검출을 위해 사용 가능한 레벨 아래로 신호의 강도를 감소시킨다. 광학적 투과율은 바람직한 예시적 실시예이며, 본 명세서에서의 참조는 투과율을 포함하지만, 광학적 투과율에만 제한되지는 않는다. 본 기술에 따르면, 연마 패드의 투과율은 제어될 수 있고, 따라서, 특정한 요구 사항에 대해 조정될 수 있다. 주조 및 중합 시스템의 입력 공정 파라미터들을 조정함으로써, 연마 패드 소재의 광학적 투과율은 제어될 수 있다. 대표적으로, 그러나 배타적이지는 않게, 파라미터들은 중합체 혼합물을 위한 화학적 원료를 선택하는 것을 포함하도록 조정될 수 있다. 또한, 주조의 제어 파라미터들 및 중합 시스템은 온도와 압력을 포함하도록, 그리고, 원심 주조기의 경우에는 회전 속력을 포함하도록 조정될 수 있다.

폴리머들을 통과하는 광선은 폴리머의 결정에 영향을 받는다. 비결정질의 폴리머들은 폴리머 체인들이 무작위로 무질서하게 얽혀 있는 특징을 가지고 있다. 접혀지거나 또는 적재된 체인 영역들 내에서 체인들의 정렬의 결과로서, 결정질의 폴리머들은 순서에서 높은 우선순위를 가진다. 일부 폴리머들은 완전히 비결정질인 반면에, 대부분의 폴리머들은 적어도 일부의 결정질 영역들을 가지고 있다.

폴리머 내의 결정질 영역들은 비결정질의 영역들에 대해 다른 굴절률을 가지며, 이는 폴리머를 통과하는 광선의 굴절 및 산란으로 이어진다. 이러한 이유로 인하여, 결정질 폴리머들이 반투명하거나 불투명한 반면에 비결정질의 폴리머들은 흔히 투명하다.

일부 폴리머들은 비결정질(예를 들어, 폴리카보네이트, 폴리(메탈크릴산), 폴리스티렌)인 성향이 있으며 일부는 결정질(예를 들어, 나일론, 폴리프로필렌)인 성향이 있다. 그러나, 대부분의 폴리머들은 폴리머 구조(예를 들어, 체인 길이, 크로스 링킹의 정도, 사이드 그룹의 존재, 등)에 따라 서로 다른 결정화도를 가질 수 있다. 이러한 것들의 예시는 폴리에틸렌이며, 더 많은 결정질 버전들(예를 들어, 고밀도 폴리에틸렌(HDPE))은 반투명한 반면에, 더 많은 비결정질 버전들(예를 들어, 저밀도 폴리에틸렌(LDPE), 선형 저밀도 폴리에틸렌(LLDPE))은 투명하다.

본 기술의 실시예들은 결정화도가 다양한 공정 조건을 사용한다. 예를 들어, 용융액에 존재하는 용융된 열가소성 플라스틱의 빠른 냉각은 비결정질의 배향으로 굳어지는 반면에, 느린 냉각은 결정질 구조가 형성되는데 더 많은 시간을 허용한다. 압출 또는 블로 몰딩(blow molding)과 같은, 기계적 공정들은 방향력을 적용하여 폴리머 사슬을 배향하는 성향이 있으며 결정화도를 증가시킨다.

본 기술의 예시적 실시예들은 패드 소재들을 연마하기 위하여 사용된 폴리머들의 투명도를 제어하기 위하여 이러한 동작들을 이용한다. 구멍 또는 패드의 기계적 특성을 제어하기 위해 사용된 다른 필러들에 의한 산란 및 흡수로 인하여 패드의 대부분은 본질적으로 윈도우 소재로서 사용하기에는 적합하지 않다. 이러한 경우들에서, 투과에 최적화된, 그러나 양호한 연마 특성을 부여하지는 않는, 대안적인 윈도우 소재가 별도로 패드에 부가된다.

본 기술의 다양한 실시예들은 폴리우레탄의 화학적 구조를 이용한다. 두 개의 별개의 영역들에 나타난, 패드를 연마하기 위해 사용된 폴리우레탄 엘라스토머(polyurethane elastomers)에 존재하는 구성들은 폴리머 사슬들(이소시안산(예를 들어, 우레탄) 및 사슬 연장 그룹에 의해 반응되어 형성된 단단한 강체 부분과, 폴리올(polyols)(예를 들어, 폴리에테르, 폴리에스테르)에 의해 형성된 부드럽고 유연한 부분) 내에 존재한다. 부드러운 부분들이 비결정질을 유지하는 반면, 우레탄 그룹들 사이에는 강한 수소결합을 하기 때문에, 단단한 부분은 정렬된 결정질 영역을 형성하는 성향이 있다.

본 기술의 실시예들은 폴리머 내의 구조도를 제어하고 투명도에 영향을 주기 위하여 폴리우레탄 내에 존재하는 단단한 부분과 부드러운 부분의 비율을 이용한다. 이러한 비율은 또한 폴리머의 기계적 동작을 포함하는 다른 많은 특성에 영향을 주며, 따라서 연마 패드를 위한 폴리머의 전체적인 요구사항에 대한 변화들이 신중하게 고려된다. 단단한/부드러운 부분의 비율을 단순히 변경하는 것 이상으로, 주조 폴리우레탄의 투명도에 영향을 주기 위한 다양한 실시예들에서, 이소시아네이트 타입(예를 들어, MDI, TDI, 등) 이성질체 구조(예를 들어, 2,4-톨루엔 디 이소시아네이트(2,4-Toluene diisocynate) 대 2,6-톨루엔 디이소시아네이트(2,6-Toluene diisocynate)), 폴리올 타입(예를 들어, 폴리에테르, 폴리에스테르), 및 크로스 링커들 및 체인익스텐더들의 선택을 포함하는, 폴리머 구조의 다른 변경들이 이용된다.

본 기술의 다양한 실시예들에서, 공정 조건은 투명도에 영향을 준다. 처리 온도는 사슬들이 배향하는 성향과 반응 속도에 영향을 미침으로써 배향된 구조들이 형성되기 위한 가능한 시간 모두에 영향을 주기 때문에, 폴리우레탄의 경우, 구성요소들이 반응하는 온도는 투명도에 강한 영향을 준다. 본 기술에서는 일부 폴리머 타입들 및 투과성 레벨에 대해 일정한 결과를 유지하기 위하여 ±1℃ 내의 폴리머 전구체 및 몰드/주조 온도의 제어가 이용된다.

본 기술의 실시예들은 열경화성 플라스틱군을 이용한다. 주어진 폴리머 조성에 대하여, 온도, 원심력 및 경화 조건들(예를 들어, 시간, 온도, 압력, 등)과 같은 제어 파라미터들의 변경은 열경화성 플라스틱을 사용하여 제조된 CMP 패드 소재의 투과 특성에 대한 변화를 유발한다. 투과 및 파라미터들에 대한 민감도를 제어하는 능력, 투과 제어는 사용된 열가소성 플라스틱의 화학적 성질에 종속된다. 예를 들어, 온도에서 ±1℃의 변화는 30%에서 45%까지의 투과율의 변화를 유발할 수 있다. 다른 화학적 폴리머 및/또는 폴리머 전구체의 사용은 이러한 민감도를 증가시키거나 감소시킬 수 있다.

예시적인 실시예들은 CMP 패드의 투과율을 제어하기 위하여 몰드된(즉, 중합된) 소재의 두께를 이용한다. 발열 처리에 대하여, 중합이 시작될 때, 혼합물에서 에너지는 증가하며, 따라서, 온도가 증가한다. 일반적으로, 반대의 경우가 사실인 것이 가능하다고 하더라도, 소재가 두꺼워질수록, 투과율은 낮아진다. CMP를 위해 사용된 소재가 얇아짐에 따라, 일반적으로 투과는 한도 내에서 증가할 것이다. 만일 몰드된 소재가 높은 투과레벨을 가진다면, 소재가 얇아질 때, 투과 레벨은 약간 감소하거나, 변화없이 유지되거나, 단지 약간 증가할 것이다. 예를 들어, 100%의 투과율(즉, 투명하다)을 가지는 소재의 투과율은 100%보다 크게 증가될 수 없다. 소재의 두께는 투과율과 상호관계가 있을 수 있기 때문에, 총 두께 편차(TTV)의 제어는 연마 패드 소재의 광 투과 특성 제어의 맥락에서 중요할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 0% 내지 100% 사이의 특정한 비율로 광 투과율을 제어하는 것은 두께의 변화가 매우 낮은 것을 필요로 할 수 있다. 낮은 TTV는 2013년 4월 1일에 출원된 "Methods and Systems for Centrifugal Casting of Polymer Polish pads and Polishing Pads Made by the Methods(폴리머 연마 패드의 원심 주조를 위한 방법 과 시스템 및 상기 방법에 의해 제조된 연마 패드)"라는 명칭의 미국 특허출원 13/854,856에서 논의된 원심 주조 방법을 이용하여 취득될 수 있으며, 낮은 TTV는 광 투과 특성의 제어에 도움을 준다.

다양한 예시적 실시예들에서, 폴리머 연마 패드를 생산하기 위한 원료 소재의 준비는 일정한 비율로 원료 소재들이 혼합물에 첨가되는 것을 보증하기 위한 중요한 제어를 요구한다. 예를 들어, 원료 소재들은 혼합되기 이전에 개별적으로 가열이 될 필요가 있다. 또한, 바람직하게, 원료 소재들은 완전히 혼합되어 혼합물 내에 균일하게 분산될 수 있다.

일부 실시예들에서, 예를 들어, 단단한 균일한 폴리머 연마 패드 또는 연마 패드층은 원심 주조에 의하여 생산될 수 있다. 원심 주조에 의한 단단한 균일한 폴리머 시트의 생산은 빈 공간이 없는 연마 패드의 생산을 가능하게 한다. 연마 패드 또는 연마 패드층을 제조하기 위해 사용된 원심 주조기의 온도 및 속력(분당 회전수(RPM))은 투과율을 포함하는 목표 패드 특성 또는 목표 패드층 특성에 따라 변경될 수 있다. 부가적으로 또는 개별적으로, 투과율을 변경하기 위해서는 사용되고 있는 폴리머 전구체의 타입은 또한 다양할 수 있다.

본 기술의 다양한예시적 실시예들에서, 원심 주조 시스템 및 방법은 낮은 총 두께 변화를 가지는 단단한 균일한 폴리머의 얇은 시트의 형성을 가능하게 한다. 폴리머의 얇은 시트(예를 들어, 폴리우레탄)는 비어있는 공간 또는 구멍이 없는 단단한 폴리머 연마 패드 또는 패드층으로 용이하게 변환될 수 있다. 일반적으로, 비어있는 공간 또는 구멍의 존재는 투과율에 영향을 준다.

예시적 실시예들에서, 주조 드럼을 둘러싸거나 주조 드럼에 인접한 원소들을 가열함으로써 원심 주조를 하는 동안의 가열이 행해진다. 그러한 가열 원소들은 드럼 및/또는 드럼 내의 공기를 가열시킨다. 일반적으로, 폴리머 전구체의 도입 이전에 드럼은 예열된다. 제품 특성을 향상하고/하거나 CMP 패드의 투과율을 변경 또는 조정하기 위해서 부가적인 단계들이 주조 동작에 추가될 수 있다.

도 1은 원심 주조기(102) 및 폴리머 컨테이너(104)를 포함하는 스핀 주조 시스템(100)을 도시하는 개략도이다. 폴리머 컨테이너(104)는 폴리머 혼합물(106)을 포함한다. 폴리머 컨테이너(104)는 혼합 장치를 포함할 수 있고 가열된 유체가 흐르는 도관을 가지는 가열된 원소일 수 있는 덮개 및/또는 전기 가열 원소를 포함할 수 있다. 폴리머 혼합물(106)은 원심력의 영향에서 다층의 상(phase)으로 분리되는 폴리머 혼합물일 수 있다. 폴리머 혼합물(106)은, 혼합물의 밀도를 변화시키기 위해 첨가된, 미세 구체 (또는 유사한 밀도가 낮은 소재)를 가지는 하나의 폴리우레탄 혼합물일 수 있다.

드럼(110)이 회전 방향(114)으로 축(112) 주위를 돌고 있을 동안에, 폴리머 혼합물(106)은 폴리머 컨테이너(104)에서 푸어링 스파우트(108)에 부어져서 폴리머 혼합물(106)은 원심 주조기(102)의 드럼(110)에 직접 흘러간다. 원심력으로 인하여폴리머 혼합물(106)은 드럼(110)의 내부 표면에 폴리머 시트(116)를 형성하기 위해 확산될 수 있다. 드럼(110)의 경우에, 폴리머 시트(116)는 원통 모양일 수 있다. 드럼(110)은 회전할 수 있고 어떠한 회전 속도로 드럼(110)이 회전하더라도 균일한 두께의 폴리머 시트(116)를 생성하여, 폴리머 혼합체(106)를 드럼(110) 내에 도입한 이후에 발생하는, 부가적인 상 분리(phase separation)가 일어나기 위한 원심력이 충분하도록 하는 직경을 가질 수 있다. 상 분리는 원심력의 영향에서 발생할 수 있으며 폴리머 혼합물(106)을 순수한 폴리머층 및 미세 구체가 주입된 폴리머층으로 분리하기 위한 폴리머 혼합물(106)을 생성할 수 있다.

드럼(110)은 가열될 수 있다. 드럼(110)은 부드러운 내부 드럼면을 가질 수 있거나, 대안적으로는 연마 패드 내에 사용된 접착제의 작용을 향상시키는 조직된 드럼면을 가질 수 있거나, 방법에 따라 제조된 연마 패드의 표면에 홈을 제공하고/거나, 방법에 의해 경화되어 주조된 폴리머 시트로부터 연마 패드의 분리 및/또는 형성을 용이하게 할 수 있다.

폴리머 전구체들의 타입 및 비율, (전구체, 폴리머 혼합체, 드럼 주조기, 및/또는 중합 또는 주조 조건의) 가열, 및/또는 (원심 주조기의 경우) 드럼 회전 속력을 포함하는, 전술한 동작과 관련된 공정 파라미터들을 조정함으로써, 공정 중에 생성된 연마 패드의 투과율은 조정되고 제어될 수 있다. 투과율은 빛의 파장에 따라 다양하다. 따라서, 투과율은 파장의 함수로써 조정될 수 있다. 높은 투과율은 특정한 연마 장치들을 위한 엔드포인트 검출 동작에 도움을 줄 수 있다.

도 2는 고밀도 폴리머층(204)(또한 단단한 패드(204)로도 일컬어진다)과 다공성 폴리머층(202)(또한 서브패드(202)로도 일컬어진다)을 포함하는 폴리머 패드(200)의 단면도를 도시하는 개략도이다. 폴리머 패드(200)는 절단되거나 폴리머 시트(116)의 외부에서 천공될 수 있다. 제거된 폴리머 패드(200)는 서브패드(202)와 하드패드(204)를 포함한다. 서브패드(202)는 다공성 폴리머층(202)으로부터 형성되는 반면에, 하드패드(204)는 밀도가 높은 폴리머층(204)으로부터 생성된다. 하드패드(204)와 서브패드(202) 모두는 연마를 위해 사용될 수 있다. 단단한 측면 (하드패드(204))이 기존에 연마를 위해 사용되었다고 하더라도, 다공성 측면(서브패드(202), 이러한 사용이 서브패드가 아니라 하더라도)이 사용될 수 있다. 서브패드(202)는 높은 압축성을 가지게 하는 매우 촘촘하게 가득 채워진 기공을 가질 수 있다. 기공의 닫힌 셀(closed cell) 속성은 CMP 공정 유체가 서브패드를 통하여 위킹(wicking)되는 것을 방지한다. 광선(210)은 서브패드(202)에 투사될 수 있고 투과된 광선(212)으로서 폴리머 패드(200)를 통과할 수 있다. 반사, 흡수, 및/또는 서브패드(202)와 하드패드(204) 중 어느 하나 또는 양쪽 모두에서의 회절에 의해 유발된 전송 손실로 인하여, 광선(212)은 광선(210)의 약화된 버전을 나타낼 수 있다. 광선(212)은 웨이퍼(212)에 반사되어 직접적으로 검출될 수 있고, 반사되어 검출될 수 있으며/있거나, 하드패드(204)와 서브패드(202)를 통해 전송될 수 있다. 광선(212)의 반사는 CMP 공정의 엔드포인트를 판단하기 위해 이용될 수 있다.

부가적으로, 서브패드(202)는 하나 이상의 윈도우를 가질 수 있으며, 윈도우는 패드 중합 또는 몰드를 통한 주조 공정 동안에 형성될 수 있거나(아래 참조), 가공에 의해서 또는 윈도우의 형성 이후에 서브 패드 내에 구멍을 뚫음으로써 형성될 수 있다. 구멍은 투명한 플러그로 채워질 수 있거나 빈 공간으로 남겨질 수 있다. 서브패드(202)에 윈도우 또는 빈 공간을 가지거나 윈도우 또는 빈 공간을 가지지 않고, 폴리머 패드(200)의 투과율은 0% 내지 100%의 임의의 값이 될 수 있다. 임의의 특정한 파장에서, 일반적으로 폴리머 패드(200)의 투과율은 30% 내지 40%의 값이 될 수 있다. 본 명세서에서 논의된 임의의 파라미터들을 조정함으로써, 투과율 또한 조정될 수 있다. 본 기술은 연마 패드 소재의 광 투과 특성을 통한 높은 수준의 제어를 취득하기 위해 이용될 수 있다.

도 3은 몰드 삽입부(300)(선이 있는 부분으로, 원심 주조기의 드럼(110)의 내벽)를 가지는 드럼(110)을 도시하는 개략도이다. 몰드 삽입부(300)는 폴리머, 금속 도는 세라믹 시트(선이 있는 부분으로, 드럼(110)의 내벽)와 같은, 그러나 이들에 제한되지는 않는, 임의의 열적으로 안정적이고 화학적으로 호환되는 소재일 수 있다. 몰드 삽입부는 테플론, HDPE, 열가소성 물질 또는 PTFE와 같은, 그러나 이들에 제한되지는 않는, 소재로 이루어질 수 있다. 몰드 삽입부와 함께 이형제(release agent)의 사용은 주조 폴리머의 제거를 용이하게 하는 데 도움을 줄 수 있다. 몰드 삽입부(300)는 적어도 하나의 연마 패드의 몰드를 가질 수 있으며, 몰드의 수는 드럼(110)의 크기와 연마 패드의 크기에 종속된다. 몰드 삽입부(300)의 몰드는 단일 몰드 또는 복수의 몰드들일 수 있으며, 몰드들은 고정되거나 제거가능할 수 있으며 주조 공정 동안 축으로부터 고정되거나 변할 수 있는 거리만큼 떨어져서 다양한 양의 원심력이 폴리머에 의해 생성할 수 있다. 몰드 삽입부(300)의 몰드 또는 몰드들은 CMP 패드의 윤곽을 형성할 수 있으며, 드럼(110)에 대하여 조직화된 표면을 가질 수 있다. 예를 들어, 몰드 삽입부(300)는 드럼(110)을 선으로 표시하는 시트에 4개의 몰드들을 가질 수 있다. 따라서, 잠재적으로 단 한번의 주조로 4개의 연마 패드를 생성할 수 있다. 이러한 실시예에서, 폴리머 혼합물은 각각의 몰드에 개별적으로 부어질 수 있으며, 폴리머 시트로부터 연마 패드를 절단하거나 구멍을 뚫을 필요가 없어진다. 대안적으로, 몰드 삽입부(300)는 폴리머 혼합물이 CMP 패드의 모양 안으로 흘러가게 할 수 있으며 소재가 폴리머 혼합물이 사이 영역으로 흘러가서 낭비되는 것을 방지하거나 피할 수 있다. 이러한 예시적인 방법들을 통해, 소재의 낭비를 줄일 수 있다. 윈도우 몰드(310)는 CMP 패드 내에 하나 이상의 윈도우를 형성하기 위해 몰드 삽입부(300)에 형성된 하나 이상의 윈도우 몰드일 수 있다. 윈도우 몰드(310)는 임의의 바람직한 방식으로 위치될 수 있다. 부가적으로, 윈도우의 투과율을 변경하고, 이에 따라, 윈도우를 가지는 CMP 패드의 투과율을 변경하기 위한 본 기술을 이용하여 윈도우 패널들 자체가 제작될 수 있다.

예시적인 공정에서, 서브패드는, 윈도우 몰드(310)의 상부의 레벨까지 서브패드 충전 몰드 삽입부(300)를 형성하기 위해 사용된 예비폴리머와 함께, 몰드 삽입부(300)와 윈도우 몰드(310)를 이용한 주조에 의해서 형성될 수 있다. 서브 패드의 주조를 완료한 후에, 동일하거나 다른 예비폴리머를 서브패드를 덮고 있는 몰드 삽입부(300)에 부으며, 덮개 윈도우 몰드(310)는 상부패드를 형성할 수 있다. 상부패드는 특정한 투과율을 가지도록 조정될 수 있으며, 경화 후에, 상부패드는 압력에 민감한 접착제(PSA)를 사용하거나 부가적인 조작을 하지 않고 서브패드에 부착될 수 있다. 이러한 방법으로 제작된 CMP 패드는 서브패드와 반투명 또는 투명한 상부패드에 윈도우 슬롯을 가질 수 있다. 따라서, CMP 패드는 생산을 하는 동안에 서브패드와 상부패드를 정렬할 필요 없이 완전한 윈도우를 가질 수 있다.

부가적인 예서적 공정에서, 투명하거나 반투명한 미세구체가 예비폴리머 커서 내에서 사용될 때, 윈도우 몰드(310)는 제거될 수 있으며, 공정은 단순한 붓기 작업으로 축소될 수 있다. 이러한 방식으로, 상 분리가 CMP 패드의 원심 주로를 하는 동안에 발생할 수 있으며, 미세구체는 CMP 패드의 상부층으로 이동하여 서브패드를 형성할 수 있다. 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 예비폴리머 자체와 주조 조건은 반투명하거나 투명한 CMP 패드를 생성하기 위해 조정될 수 있으며, 반투명하거나 투명한 미세구체는 서브패드 또한 반투명하게 할 수 있다. 광선의 굴절 및/또는 회절로 인하여 및/또는 미세구체를 통하여 투과율의 일부가 손실될 가능성이 있다.

또 다른 실시예들에서, 본 기술은 생산 공정에서 답 패드 내 윈도우와 함께서브패드 내 윈도우를 정렬할 필요를 없앨 수 있으며, 따라서, CMP 패드의 생산이 간소화된다. 종래에는, 광학 엔드포인트 검출 시스템에서 상부패드를 관통하는 윈도우가 사용되었으며, 상부패드의 컷아웃의 측면들에 부착된 투명한 패널이나 플러그 소재를 포함할 수 있다. 서브패드는 또한 컷아웃을 가질 수 있으며, 컷아웃은 투명한 플러그를 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 압력에 민감한 접착제(PSA)층은 상부패드와 서브패드 사이에 위치하여 두개의 패드를 서로 부착되게 할 수 있다. 상부패드를 실질적으로 투명(또한 본 명세서에서는 반투명하거나 투과적이라고도 일컬어진다)하게 제작함으로써, 서브패드는 윈도우 또는 윈도우들로 이루어지거나, 또는 대안적으로 또한 실질적으로 투명하거나 반투명할 수 있다. 그러한 서브패드를 투명한 상부패드에 부착하는 것은 두개의 윈도우를 정렬하는 것을 필요로 하지 않을 것이며, 따라서, 자기정렬로 여겨질 수 있다. 예를 들어, 서브패드가 윈도우(들)을 가지는 경우에, PSA층을 적용한 이후에 서브패드를 천공함으로써 윈도우들이 형성될 수 있으며, 따라서 천공이 자동으로 서브패드의 윈도우(들)과 함께 정렬된 PSA 층 내에서 윈도우(들)을 형성하게 할 수 있다.

도 4는 폴리우레탄을 사용하는 본 기술에 따른 방법(400)을 나타내는 공정 흐름도이다. 그러나, 본 명세서에서 논의된 바와 같이, 방법은 또한 다른 폴리머들에 적용가능하다. 도 4에 나타난 바와 같이, 방법(400)은 동작(402)에서 시작될 수 있으며, 동작(402)는 화학 성분을 선택하는 단계를 나타낸다. 흐름은 동작(402)로부터 동작(404)으로 진행한다. 동작(404)는 온도, 압력, 주조 소재의 두께 및 질량을 포함하는 제어 파라미터를 조정하는 단계를 나타낸다. 흐름은 동작(404)로부터 동작(406)으로 진행한다. 동작(406)은 몰드, 레이저 가공, 또는 기계적 가공을 사용하는 상부패드 소재를 통하여 광선의 광투과를 용이하게 하기 위해 서브패드에 적어도 하나의 개구부 또는 복수의 개구부들을 선택적으로 형성하는 단계를 나타낸다. 공정의 흐름은 동작(406) 이후에 종료된다.

폴리머 주조 시스템은 예비폴리머(또한 전구체로도 얼컬어진다)를 체인 익스텐더 및 가소제와 혼합하는 것을 포함할 수 있다. MOCA와 같은 체인 익스텐더는 대략 1:1의 몰비(molar ratio)로 반응하지 않은 이소시아네이트와 함께 예비폴리머에 부가될 수 있다. 예를 들어, 반응되지 않은 이소시아네이트로, MOCA에 대한 혼합비 0.95:1이 사용될 수 있다. 예비폴리머는 TDI 또는 MDI 시스템일 수 있다. 대안적으로, 디이소시아네이트 또는 다른 폴리이소시아네이트가 선택적으로 폴리올과 반응될 수 있다. 또다른 실시예에서, 더 유연한 폴리우레탄 혼합물을 실린더로 분배하기 이전에, 더 단단한 폴리우레탄 혼합물이 실린더 및 경화체에 분배될 수 있다. 타입과 폴리머의 양, 및 타입과 미세구체의 양을 포함하는, 공정 조건 모두는 CMP 패드의 투과율을 조절하기 위해 조정될 수 있다.

이러한 기술은 많은 다른 형태의 실시예의 영향을 받기 쉬우나, 본 명세서의 도면과 상세하게 서술될 특정한 실시예들은 본 기술의 원리의 예시로서 이해되며, 서술된 실시예들이 본 기술을 제한하는 것으로 의도된 것은 아니다.

Claims

연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은,
상기 연마 패드 소재의 광투과율을 판단하기 위해 제어 파라미터들을 조정하는 단계를 포함하고,
상기 제어 파라미터들은 적어도 하나의 전처리 제어(pre-procesing controls), 주조 제어(casting controls), 및 경화 제어(curing controls)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 연마 패드 소재를 형성하기 위한 화학 성분들을 선택하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 선택하는 단계는 상기 화학 성분들의 고체 부분과 유연한 부분의 비율, 및 상기 화학 성분들의 질량 중 적어도 하나에 부분적으로 기초하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 화학 성분들은 크로스 링커(cross-linker), 체인 익스텐더(chain extender), 및 가소제(platicizer) 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 화학 성분들을 선택하는 단계는 폴리머 구조(polymer structure)의 기능이며, 상기 폴리머 구조는 이소시아네이트 타입(isocyanate type), 이성질체 구조(isomer structure), 및 폴리올 타입(polyol type) 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제2항에 있어서, 상기 화학 성분들을 혼합하여 상기 화학 성분들의 혼합물 내에 상기 화학 성분들을 균등하게 분산시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제6항에 있어서, 상기 제어 파라미터들은 전처리 제어를 포함하고,
상기 전처리 제어는,
상기 화학 성분들을 혼합하기 이전에 상기 화학 성분들의 온도를 개별적으로 제어하는 제1 온도 제어, 및
상기 화학 성분들을 혼합하는 동안에 상기 화학 성분들의 온도를 제어하는 제2 온도 제어 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제7항에 있어서,
상기 제1 온도 제어 및 상기 제2 온도 제어 중 적어도 하나는 온도 변화율을 제어하는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제2항에 있어서,
상기 화학 성분들보다 낮은 밀도를 가지는 소재를 상기 화학 성분들에 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제9항에 있어서,
상기 소재는 미세구체(microshperes)들을 포함하는 낮은 밀도의 소재인 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 제어 파라미터들은 주조 제어를 포함하고,
상기 주조 제어는 주조 작업을 하는 동안에 상기 연마 패드 소재의 온도 및 압력 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제11항에 있어서,
상기 주조 제어는 온도를 포함하고, 상기 온도는 온도 변화율의 제어를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 주조 제어는 실린더 내 회전하는 상기 연마 패드 소재에서의 원심력, 및 상기 실린더 내 상기 회전하는 연마 패드 소재에서의 원심력의 함수인 상기 연마 패드 소재의 두께 변화를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제1항에 있어서,
상기 제어 파라미터들은 상기 경화 제어를 포함하고,
상기 경화 제어는 경화를 하는 동안 상기 연마 패드 소재의 시간, 온도, 및 압력 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
제14항에 있어서,
상기 온도는 온도 변화율을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드 소재의 광투과율을 제어하기 위한 방법.
연마 패드의 광투과율을 제어하는 상기 연마 패드를 조립하기 위한 방법으로서, 상기 방법은,
원심 주조기 내 적어도 하나의 몰드 내에서 서브패드를 위한 제1 폴리머 전구체(polymer precursor)를 배열하는 단계;
상기 서브패드를 형성하기 위해 상기 원심 주조기를 회전시키는 단계;
상기 서브패드 상부의 상기 몰드 내에 상부패드를 위한 제2 폴리머 전구체를 배열하는 단계; 및
상기 제1 폴리머 전구체, 회전하는 상기 원심 주조기, 및 상기 제2 폴리머 전구체 중 적어도 하나의 제어 파라미터들을 조정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드를 조립하기 위한 방법.
제16항에 있어서,
몰드, 레이저 가공, 및 기계 가공 중 적어도 하나를 사용하는 상기 상부패드를 통한 광선의 광투과를 용이하게 하기 위하여, 상기 서브패드 내에 적어도 하나의 윈도우(window)를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드를 조립하기 위한 방법.
제어된 광투과율을 가지는 연마 패드로서, 상기 연마 패드는,
폴리머층을 포함하는 상부패드층, 및
다른 밀도를 가지고 적어도 하나의 윈도우를 가지는 소재들을 포함하는 서브패드층을 포함하고,
상기 폴리머층은 실질적으로 균일하고 낮은 총 두께 변화를 가지며 빈 공간이 없고 실질적으로 가시 광선이 투과하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드.
제18항에 있어서,
다른 밀도를 가지는 적어도 하나의 상기 소재들은 미세구체들을 포함하는 것을 특징으로 하는, 연마 패드.
제18항에 있어서,
상기 적어도 하나의 윈도우는 제2 폴리머를 포함하고,
상기 제2 폴리머의 투과율은 서브패드의 투과율보다 큰 것을 특징으로 하는, 연마 패드.