KR20170015907A - Cmp용 다층 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 상부층, 중앙층 및 하부층을 포함하는 화학-기계적 연마용 다층 연마 패드와 관련되며, 여기서 상부층 및 하부층은 접착제의 사용 없이 중앙층에 의해 함께 결합된다. 또한, 본 발명은 광 투과 영역을 포함하는 다층 연마 패드와 관련되며, 여기서 다층 연마 패드의 층은 접착제의 사용 없이 함께 결합된다.

Description

CMP용 다층 연마 패드 {MULTI-LAYER POLISHING PAD FOR CMP}
본 출원은, 본원에 그 전체가 참조로서 포함된 2014년 7월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 제62/022,770호, 및 2014년 5월 7일에 출원된 미국 가특허 출원 제61/989,669호의 이익을 주장한다.
화학-기계적 연마("CMP") 방법은 반도체 웨이퍼, 전계 방출 디스플레이, 및 많은 다른 미세전자 기판 상에 편평한 표면을 형성하기 위해 미세전자 디바이스의 제조에 사용된다. 예를 들어, 반도체 디바이스의 제조는 일반적으로 다양한 가공층의 형성, 이러한 층의 일부의 선택적 제거 또는 패턴화, 및 반도체 웨이퍼를 형성하도록 반전도성 기판의 표면 위에 추가적인 가공층의 증착과 관련된다. 가공층은 예를 들어, 절연층, 게이트 산화물 층, 전도성 층, 및 금속 또는 유리 층, 등을 포함할 수 있다. 웨이퍼 가공의 특정 단계에서, 가공층의 최상부 표면이 평탄한 것, 즉 편평한 것이 후속 층의 증착을 위해 일반적으로 바람직하다. CMP는 가공층을 평탄화 하는 데에 사용되며, 증착된 물질, 예컨대 전도성 또는 절연성 물질은 후속적 가공 단계를 위해 웨이퍼를 평탄화하도록 연마된다.
전형적인 CMP 방법에서, 웨이퍼는 CMP 도구의 캐리어 상에 거꾸로 탑재된다. 일정 힘이 캐리어 및 웨이퍼를 연마 패드를 향해 아래로 누른다. 캐리어 및 웨이퍼는 CMP 도구의 연마 테이블 상에서 회전하는 연마 패드 위에서 회전한다. 연마 조성물(연마 슬러리라고도 지칭됨)은 일반적으로 연마 공정 동안 회전하는 웨이퍼 및 회전하는 연마 패드의 사이에 도입된다. 전형적으로, 연마 조성물은 최상부 웨이퍼 층(들)의 일부와 상호작용하거나 이를 용해시키는 화학물질, 및 상기 층(들)의 일부를 물리적으로 제거하는 연마제 물질을 함유한다. 웨이퍼 및 연마 패드는, 어느 쪽이든지 수행되는 특정 연마 공정에 바람직한, 동일한 방향 또는 반대 방향으로 회전할 수 있다. 또한, 캐리어는 연마 테이블 상에서 연마 패드를 가로질러 진동할 수 있다. CMP 연마 패드는 접착제, 예컨대 핫-멜트 접착제 또는 감압(pressure-sensitive) 접착제의 사용을 통해 함께 결합된 2 이상의 층, 예를 들어 연마층 및 하부(예를 들어, 서브패드(subpad)) 층을 종종 포함한다. 이러한 다층 연마 패드는, 예를 들어 미국 특허 제5,257,478호에 개시되어 있다.
연마 패드 층을 함께 결합시키거나 연마 패드 내에 윈도우(window)를 고정시키는 데에 접착제를 사용하는 종래 기술 연마 패드는 많은 단점을 갖는다. 예를 들어, 접착제는 종종 이들과 관련된 강한 연기를 가지며 전형적으로 24 시간 이상 동안의 양생을 필요로 한다. 게다가, 접착제는 연마 조성물의 성분으로부터 화학적 침식을 받기 쉬울 수 있으며, 따라서 패드 층을 결합시키거나 패드에 윈도우를 부착시키는 데에 사용되는 접착제의 유형은 사용될 연마 시스템의 유형을 기준으로 선택되어야 한다. 나아가, 연마 패드에 대한 패드 층 또는 윈도우의 접합은 때때로 불완전하거나 시간에 따라 열화된다. 이는 패드 층의 박리 및 뒤틀림(buckling) 및/또는 패드 및 윈도우 사이로 연마 조성물의 누출을 가져올 수 있다. 일부 경우에서, 윈도우는 시간에 따라 연마 패드로부터 이탈될 수 있다. 일체형으로 성형된 연마 패드 윈도우 형성 방법은 이러한 문제를 적어도 일부 회피하는 데에 성공적일 수 있지만, 이러한 방법은 종종 고가이고 사용할 수 있는 패드 물질의 유형 및 생산할 수 있는 패드 구조의 유형이 제한되어 있다.
따라서, 접착제의 사용에 의존하지 않으면서 효율적이고 저렴한 방법을 사용하여 제조할 수 있는 반투명 영역 (예를 들어, 윈도우)을 포함하는 효과적인 연마 패드 및 다층 연마 패드의 필요성이 남아있다. 본 발명은 이러한 연마 패드, 뿐만 아니라 그의 사용 방법을 제공한다. 본 발명의 이러한 장점 및 다른 장점, 뿐만 아니라 추가적인 발명의 특징이 본원에 제공된 발명의 설명으로부터 명백할 것이다.
본 발명은 화학-기계적 연마용 다층 연마 패드를 제공한다. 연마 패드는, 상부층 및 하부층이 중앙층에 의해 함께 접합되고, 층이 접착제의 사용 없이 접합된, 상부층, 중앙층 및 하부층을 포함한다.
또한, 본 발명은, 상부층, 중앙층 및 하부층을 포함하고 그 층들이 접착제의 사용 없이 함께 결합된, 광 투과 영역을 포함하는 다층 연마 패드를 제공한다.
본 발명은 본 발명의 연마 패드의 제조 방법을 추가로 제공한다. 제1 방법은 (i) 다층이 상부층, 중앙층 및 하부층을 포함하며, 중앙층이 상부층 및 하부층에 비해 더 낮은 비캣(Vicat) 연화 온도를 갖는 중합체 수지를 포함하는, 중합체성 물질의 다수 개의 층을 함께 결합시키는 단계, (ii) 다층 중합체 시트를, 중앙층의 비캣 연화 온도를 초과하지만 상부층 및 하부층의 비캣 연화 온도 미만인 온도로 처리하는 단계, 및 (iii) 중앙층 및 상부층 간의 접합, 및 중앙층 및 하부층 간의 접합을 형성하는 단계를 포함한다.
제2 방법은 (i) 다층이 상부층, 중앙층 및 하부층을 포함하며, 중앙층이, 상부층 또는 하부층 중 어느 하나보다 더 낮은 비캣 연화 온도를 갖는 열가소성 폴리우레탄인 것인, 중합체성 물질의 다수 개의 층을 함께 결합시키는 단계, (ii) 중앙층의 비캣 연화 온도를 초과하지만 상부층 및 하부층의 비캣 연화 온도 미만인 온도로 다층 중합체 시트를 처리하는 단계, 및 (iii) 중앙층 및 상부층 간의 접합, 및 중앙층 및 하부층 간의 접합을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명은 (a) 본 발명의 연마 패드를 제공하는 단계, (b) 작업물을 연마 패드와 접촉시키는 단계, 및 (c) 연마 패드를 작업물에 대해 움직여 작업물을 마멸시키고 이로써 작업물을 연마하는 단계를 포함하는 작업물의 연마 방법을 추가로 제공한다.
도 1은 본 발명의 패드를 제조하는 적층 방법을 개략적으로 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 패드를 제조하는 2 단계 적층 방법을 개략적으로 도시한다.
도 3은 본 발명의 패드의 SEM 횡단면도를 도시한다.
도 4는 접착제로 층을 함께 접합시켜 만들어진 패드 물질과 비교한, 본 발명의 방법으로 만들어진 패드 물질에 대한 T-필(peel) 시험 결과를 도시한다.
본 발명은, 상부층 및 하부층이 중앙층에 의해 함께 접합되고, 상기 층이 접착제의 사용 없이 접합된, 상부층, 중앙층 및 하부층을 포함하는 연마 패드와 관련된다. 제1 실시양태에서, 다층 연마 패드 물질을 다층 연마 패드로서 사용한다. 제2 실시양태에서, 다층 연마 패드 물질을 연마 패드 내에 광 투과 영역으로서 사용한다.
연마 패드 물질의 층은 층 사이에 어떠한 접착제도 함유하지 않는다. 접착제는 당업계에 알려진 임의의 종래의 접착제 물질, 예를 들어, 핫 멜트 접착제, 감압 접착제, 풀, 등을 지칭한다. 오히려, 연마 패드의 하부 및 상부층은 중앙층에 의해 함께 결합된다. 바람직하게는, 상기 층은 실질적으로 동일하게 연장(coextensive)되어 있다.
이러한 다층 연마 패드 물질의 장점은 각 층이 상이한 물리적 또는 화학적 성질을 가질 수 있다는 것이다. 예를 들어, 일부 적용예에서, 각 층이 동일한 중합체 조성물을 갖지만, 상이한 물리적 성질, 예컨대 경도, 밀도, 다공성, 압축성, 강성, 인장 탄성율, 벌크 탄성율, 유동학적 성질, 크리프(creep), 유리 전이 온도, 용융 온도, 점도, 또는 투명성을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 물론, 연마 패드 층은 상이한 화학적 성질뿐만 아니라 상이한 물리적 성질을 가질 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드 물질의 층은 하나 이상의 상이한 화학적 또는 물리적 성질을 가질 것이다.
본 발명의 다층 연마 패드의 또 다른 장점은, 중앙층을 통한 상부층과 하부층의 접합이 접착제를 사용한 접합에 비해 훨씬 더 강한 접합을 가져온다는 것이다. 본 발명의 패드는, 그 층이 접착제의 사용으로 함께 접합된 패드에 비해 고온으로 인한 파손에 더 견딘다.
바람직하게는, 연마 패드 물질의 상부층은 중합체 수지를 포함한다. 중합체 수지는 임의의 적합한 중합체 수지일 수 있다. 전형적으로, 중합체 수지는 열가소성 탄성체, 열경화성 중합체, 폴리우레탄(예를 들어, 열가소성 폴리우레탄), 폴리올레핀(예를 들어, 열가소성 폴리올레핀), 폴리카르보네이트, 폴리비닐알콜, 나일론, 탄성 고무, 탄성 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 그의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된다. 바람직하게는, 상부층에 대한 중합체 수지는 열가소성 폴리우레탄을 포함한다.
연마 패드의 상부층은 친수성, 소수성, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상부층의 친수성/소수성은 층을 제조하는 데에 사용된 중합체 수지의 유형에 의해 대체로 결정된다. 미터 당 약 34 밀리뉴턴(mN/m) 이상의 임계 표면 장력을 갖는 중합체 수지가 일반적으로 친수성으로 간주되는 반면, 약 33 nM/m 이하의 임계 표면 장력을 갖는 중합체 수지는 일반적으로 소수성으로 간주된다. 일부 종래의 중합체 수지의 임계 표면 장력은 다음과 같다 (수치는 괄호 안에 보여진다): 폴리테트라플루오로에틸렌 (19), 폴리디메틸실록산 (24), 실리콘 고무 (24), 폴리부타디엔 (31), 폴리에틸렌 (31), 폴리스티렌 (33), 폴리프로필렌 (34), 폴리에스테르 (39 내지 42), 폴리아크릴아미드 (35 내지 40), 폴리비닐 알콜 (37), 폴리메틸 메타크릴레이트 (39), 폴리비닐 클로라이드 (39), 폴리설폰 (41), 나일론 6 (42), 폴리우레탄 (45), 및 폴리카르보네이트 (45). 전형적으로, 연마 패드의 상부층은 친수성이다. 바람직하게는, 상부층은 친수성이다.
연마 패드의 상부층은 임의의 적합한 경도, 예를 들어, 약 30 내지 50의 쇼어(Shore) A 또는 약 25 내지 80의 쇼어 D를 가질 수 있다. 예를 들어, 상부층은 쇼어 A 경도 55 내지 쇼어 D 경도 72에 걸친 경도를 가질 수 있으며, 양자는 ASTM D2240-10에 따라 측정된다. 유사하게, 상부층은 임의의 적합한 밀도 및/또는 다공성을 가질 수 있다. 예를 들어, 상부층은 거의 고체(예를 들어, 약 10 % 미만의 공극 부피를 가짐), 또는 다공성일 수 있으며, 약 0.3 g/cm3 이상의(예를 들어, 약 0.5 g/cm3 이상, 또는 약 0.7 g/cm3 이상) 또는 심지어 약 0.9 g/cm3(예를 들어, 약 1.1 g/cm3, 또는 약 99 % 이하의 이론적 밀도의 물질)의 밀도를 가질 수 있다.
다양한 배열의 홈(groove)이 임의로 상부층의 연마 표면 전체에 걸쳐, 또는 일부에 걸쳐 포함될 수 있음이 이해될 것이다. 예를 들어, 일부 실시양태에서, 패드 기판의 연마 표면 상에서의 연마 동안 슬러리의 분배를 촉진하는 깊이로, 특히 연마 패드 상부층의 연마면 상에서 목적하는 패턴 및 치수의 홈을 절단할 수 있다. 예를 들어, 홈은 X-Y 패턴, 동심형, 나선형, 오프셋(off-set) 동심형, 등으로 교차 표시(crosshatch)될 수 있다. 다른 적합한 표면 홈 패턴을 쉽게 사용할 수 있다. 나아가, 홈은 임의의 적합한 치수일 수 있다.
중앙층은 상부층 및 하부층에 비해 더 낮은 비캣 연화 온도를 갖는 임의의 적합한 중합체 수지를 포함할 수 있다. 예를 들어, 중앙층은 열가소성 폴리우레탄 또는 열경화성 폴리우레탄을 포함할 수 있다. 한 바람직한 연마 패드 물질은 상부층 및 하부층보다 더 낮은 용융 온도를 갖는 열가소성 폴리우레탄을 포함한다. 구체적으로, 바람직한 열가소성 폴리우레탄은 상부층 및 하부층에 비해 더 낮은 비캣 연화 온도를 가질 것이다. 비캣 연화 온도는 ASTM D1525 (2006)에 기재된 시험에 따라 결정할 수 있다. 비캣 연화 온도는 1 mm2의 편평한 단부의 바늘이 특정 하중 하, 특정 가열 속도에서 샘플을 1 mm 깊이로 관통하는 온도이다. 비캣 연화 온도는 고온에 노출되었을 때 물질이 어느 지점에서 연화될 것인지 예측하는 데에 사용될 수 있다. 중앙층의 비캣 연화 온도는 바람직하게는 상부층 및 하부층의 비캣 연화 온도보다 약 5 ℉ 내지 약 15 ℉ 낮다. 예를 들어, 만일 상부층 및 하부층이 대략 265 ℉의 비캣 연화 온도를 갖는다면, 중앙층의 비캣 연화 온도는 대략 250 내지 260 ℉일 것이다.
중앙층은 임의의 적합한 두께일 수 있다. 예를 들어, 중앙층은 약 3 mil 이상, 예컨대 4 mil 이상의 두께를 가질 수 있다. 중앙층은 상부층 및 하부층을 함께 충분히 접합시키지 않는 관점에서 너무 얇지 않을 수 있다. 예를 들어, 2 mil 이하의 중앙층은 바람직하지 않을 것이다.
중앙층은 임의의 적합한 경도를 가질 수 있다. 예를 들어, 중앙층은 쇼어 A 경도 55 내지 쇼어 D 경도 40을 가질 수 있으며, 양자는 ASTM D2240-10에 따라 측정된다. 한 실시양태에서, 중앙층은 약 57 내지 약 90의 쇼어 A 경도를 갖는다.
하부층은 임의의 적합한 물질을 포함할 수 있다. 하부층에 적합한 물질은 폴리우레탄 발포체 (예를 들어, 코네티컷주 로저스 소재, 로저스 코포레이션(Rogers Corporation)의 발포체 서브패드), 함침 펠트, 미세다공성 폴리우레탄, 또는 소결 우레탄을 포함한다. 하부층은 본 발명의 상부층보다 부드러울 수 있으며, 따라서 본 발명의 연마 패드보다 더 낮은 쇼어 경도 수치를 가질 수 있으며 압축성이 더 좋을 수 있다. 예를 들어, 하부층은 약 35 내지 약 50의 쇼어 A 경도를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 하부층은 상부층보다 더 단단하고, 덜 압축성이며, 더 높은 쇼어 경도를 갖는다. 하부층은 임의로 홈, 채널, 중공 구획, 윈도우, 개구(aperture), 등을 포함한다. 하부층은 바람직하게는 폴리카르보네이트 또는 열경화성 폴리우레탄 물질을 포함한다. 바람직한 열경화성 폴리우레탄의 한 예는 다공성 열경화성 폴리우레탄이다.
연마 패드의 상부 및 하부층은 임의의 적합한 두께를 가질 수 있다. 각 층의 두께는 연마 패드의 총 목적하는 두께에 부분적으로 의존할 것이다. 게다가, 연마 패드의 상부 및 하부층은 동일한 두께를 가질 수 있거나, 층은 각각 상이한 두께를 가질 수 있다.
본 발명의 다층 연마 패드를 계 내(in situ) 종점 검출 시스템과 함께 사용할 때, 다층 연마 패드의 하나 이상의 층이 약 200 nm 내지 약 10,000 nm의 하나 이상의 파장(예를 들어, 약 200 nm 내지 약 1,000 nm, 또는 약 200 nm 내지 약 800 nm)에서 빛(예를 들어, 레이저 광)에 대해 약 10 % 이상(예를 들어, 약 20 % 이상, 또는 약 30 % 이상)의 투과율을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 상부층 및 중앙층은 실질적으로 불투명할 수 있으며, 하부층은 광 투과성일 수 있다. 이러한 연마 패드를 계 내 종점 검출 시스템과 사용하기 위하여, 실질적으로 광 투과성인 하부층 영역을 드러내는 연마층의 개구를 생성하도록 연마층의 일부를 제거한다. 상부층의 개구에 의해 드러난 하부층의 광 투과 영역은 따라서, 연마 공정 동안 연마 조성물에 의해 "윈도우"가 긁히는 것을 방지하도록 연마 표면으로부터 오목하다. 광 투과성 연마층 및 실질적으로 불투명한 중앙층 및 하부층의 경우, 실질적으로 광 투과성인 연마층 영역을 드러내는 하부층의 개구를 생성하도록 연마층의 일부를 제거한다. 예를 들어, "윈도우"가 3 개의 층에 걸쳐져 있는 계 내 종점 검출 시스템에 대한 다른 설계를 사용할 수 있다. 이러한 실시양태에서, 다층 연마 패드는 연마 패드 내의 (예를 들어, 하나 이상의 상부층, 중앙층, 및 하부층 내, 그러나 바람직하게는 3 개의 층 모두에) 개구 절단부로 삽입된 하나 이상의 광 투과성 윈도우를 더 포함한다. 바람직하게는, 윈도우를 접착제의 사용 외의 수단으로 연마 패드에 접합한다. 예를 들어, 윈도우를 용접(welding) 기술, 예를 들어, 초음파 용접에 의해 연마 패드에 부착할 수 있다.
제1 실시양태의 다층 연마 패드는 임의의 적합한 치수를 가질 수 있다. 전형적으로, 다층 연마 패드는 약 500 μm 이상(예를 들어, 750 μm 이상, 또는 약 1000 μm 이상)의 두께를 가질 것이다. 다층 연마 패드는 바람직하게는 (회전식 연마 도구에 사용되는 경우) 원형이거나, (선형 연마 도구에 사용되는 경우) 고리모양 선형 벨트로서 제조된다. 다층 연마 패드의 연마층은 임의로 홈, 천공, 채널, 또는, 연마 패드 표면을 가로지르는 연마 조성물의 유동을 촉진하는 다른 이러한 패턴을 더 포함한다. 홈, 채널, 등은, 동심형 원형, 나선형, XY 교차 패턴, 또는 임의의 다른 적합한 패턴의 형태일 수 있다.
본 발명의 연마 패드는 화학-기계적 연마(CMP) 장치와 함께 사용하기에 특히 적합하다. 전형적으로, 장치는 사용 시에 이동하며, 궤도형, 선형, 또는 원형 이동으로부터 생성된 속도를 갖는 평판(platen), 평판과 접촉하고 이동 시에 평판과 함께 이동하는 본 발명의 연마 패드, 및 연마 패드의 표면과 접촉시키고 이에 대해 이동시켜 연마되는 작업물을 유지하는 캐리어를 포함한다. 작업물의 연마는 작업물을 연마 패드와 접촉하도록 위치시키고, 이후 연마 패드를 전형적으로 그 사이의 연마 조성물과 함께 작업물에 대해 이동시켜, 작업물의 적어도 일부를 마멸시켜 작업물을 연마함으로써 수행된다. 연마 조성물은 전형적으로 액체 캐리어(예를 들어, 수성 캐리어), pH 조정제, 및 임의로 연마제를 포함한다. 연마되는 작업물의 유형에 따라, 연마 조성물은 임의로 산화제, 유기 산, 착화제, pH 완충제, 계면활성제, 부식 억제제, 소포제, 등을 더 포함할 수 있다. CMP 장치는 임의의 적합한 CMP 장치일 수 있으며, 이의 다수가 당업계에 알려져 있다. 또한, 본 발명의 연마 패드는 선형 연마 도구와 함께 사용할 수 있다.
바람직하게는, CMP 장치는 계 내 연마 종점 검출 시스템을 더 포함하며, 이의 다수가 당업계에 알려져 있다. 작업물의 표면으로부터 반사된 빛 또는 다른 복사선을 분석함으로써 연마 공정을 점검 및 모니터링하는 기술은 당업계에 알려져 있다. 이러한 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 작업물에 대한 연마 공정의 진행의 점검 또는 모니터링은 연마 종점의 결정, 즉, 언제 특정 작업물에 대한 연마 공정을 종결할지의 결정을 가능하게 한다.
본 발명의 다층 연마 패드 물질을 포함하는 연마 패드는 많은 유형의 작업물(예를 들어, 기판 또는 웨이퍼) 및 작업물 물질의 연마에 사용하기에 적합하다. 예를 들어, 연마 패드를 메모리 저장 디바이스, 반도체 기판, 및 유리 기판을 포함하는 작업물을 연마하는 데에 사용할 수 있다. 연마 패드로 연마하기에 적합한 작업물은 메모리 또는 경질 디스크, 자기 헤드, MEMS 디바이스, 반도체 웨이퍼, 전계 방출 디스플레이, 및 다른 미세전자 기판, 특히 절연성 층(예를 들어, 이산화규소, 질화규소, 또는 저 유전성 물질) 및/또는 금속-함유 층(예를 들어, 구리, 탄탈룸, 텅스텐, 알루미늄, 니켈, 티타늄, 백금, 루테늄, 로듐, 이리듐 또는 다른 귀금속)을 포함하는 미세전자 기판을 포함한다.
본 발명의 다층 연마 패드 물질은 임의의 적합한 방법에 의해 제조할 수 있다. 한 적합한 방법은, 적어도 중앙층이 비캣 연화 온도 초과인 동안에 층의 동일하게 연장된 면을 접촉시키고, 압력을 가함으로써 연마 패드 물질의 층을 함께 결합시키는 것과 관련된다. 층의 온도를 임의의 적합한 수단으로 상승시킬 수 있다. 예를 들어, 연마 패드 층 사이의 접합을 용접(예를 들어, 초음파 용접), 열 접합, 방사선-활성화 접합, 또는 적층에 의해 생성할 수 있다. 바람직한 방법은 적층이다. 본 발명에서 사용된 바와 같이, 적층은 열 및 압력을 사용한 3 이상의 층의 접합과 관련된다.
본 발명의 적층 방법은 일반적으로, 중앙층의 연화 및 상부 및 하부층과의 접합 형성을 야기하기에 충분한 (중앙층의 비캣 연화 온도를 초과하는) 온도에서 상부층, 중앙층 및 하부층을 함께 가열 및 가압하는 것과 관련된다. 한 실시양태에서, 이러한 방법은 중앙층 중합체의 하나 또는 두 면을 중합체의 Tg를 초과하는 온도로 처리하여, 중합체가 유동하고 인접한 층 (즉, 상부층 및 하부층)의 빈 공간을 채우기 시작하는 것과 관련된다. 이러한 기술을 사용하여, 얇은, 고체 중앙층, 다공성 상부층 및 다공성 또는 비다공성 하부층을 갖는 3 층 연마 패드를 제조할 수 있다.
본 발명의 다층 연마 패드를 제조하는 한 실시양태에서, 다층 연마 패드는 열가소성 폴리우레탄의 다공성 상부층, 열가소성 폴리우레탄의 중앙층, 및 폴리카르보네이트를 포함하는 하부층을 포함한다. 도 1은 제1 실시양태의 다층 연마 패드의 제조 방법을 도시한다. 도 1에서, 폴리카르보네이트(PC) 물질의 롤은 적층기의 상부 권출(un-wind) 스테이션에 적재된다. 열가소성 폴리우레탄의 롤은 중앙층에 대한 하부 권출부에 적재된다. 열가소성 폴리우레탄(상부층)에 대한 권출 스테이션은 도면에 미도시 되어있다. 3 개의 물질은 가열된 닙에서 함께 결합된다. 닙의 상부 롤러를 180 ℉로 가열한다. 얻어진 적층된 물질을 후방 재권취(re-wind) 스테이션 (미도시) 상에 수집하여, 다층 연마 패드를 형성하는 데에 사용될 3 개의 층으로 적층된 시트의 롤을 생성한다.
제2 실시양태에서, 열가소성 폴리우레탄의 다공성 상부층, 열가소성 폴리우레탄의 중앙층, 및 폴리카르보네이트를 포함하는 하부층을 포함하는 다층 연마 패드를 2 단계 방법으로 제조한다. 도 2a 및 도 2b는 본 발명의 다층 연마 패드를 제조하는 2 단계 방법을 도시한다. 도 2a에서, 폴리카르보네이트(PC) 물질의 롤은 적층기의 상부 권출 스테이션에 적재된다. 중앙층 물질의 롤은 하부 권출부에 적재된다. 두 물질은 가열된 닙에서 결합된다. 상부 롤러를 180 ℉로 가열하며 하부 롤러를 200 ℉로 가열한다. 얻어진 적층된 중간체 물질을 후방 재권취 스테이션 상에 수집하여, 중앙층 물질과 함께 적층된 폴리카르보네이트 물질의 롤을 생성한다. 도 2b에서, 1 단계의 중간체 물질을 이후 적층기의 권출 카트 상에 적재한다. 물질은 웨브형성(web)되어 폴리카르보네이트 면이 하부 롤러와 접촉하고 중간체 층이 닙 아래에서 상부층과 접촉할 것이다. 하부 롤러를 270 ℉로 가열하며, 열은 폴리카르보네이트를 통해 전달되어, 중간체 층을 가열하고 이를 유동하게 한다. 상부층 물질이 닙으로 공급됨에 따라, 연화된 중간체 층은 상부층 물질 및 하부층 폴리카르보네이트 물질을 함께 접합시킨다.
도 1 또는 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 층이 1 단계 방법 또는 2 단계 방법 중 어느 하나에 의해 결합되면, 평판 접착제를 다층 패드 물질에 적용할 수 있다. 평판 접착제는 CMP 패드에 단단한 접합을 제공하지만 연마 평판으로부터의 쉬운 제거를 허용하는 감압 접착제(PSA)일 수 있다. 두 방법 중 어느 하나에 의해 제조한 다층 패드 물질을 이후 수집하고 시트로 절단한다.
도 3은 본 발명의 다층 연마 패드의 경계면의 주사 전자 현미경(SEM) 단면을 도시한다. 도 3에서, 상부층, 중앙층 및 하부층은 층 사이에 어떠한 파단 또는 여유 공간 없이 함께 접합된다.
다음의 실시예가 본 발명을 추가로 설명하지만, 물론, 본 발명의 범위를 제한하는 방식으로 해석되어선 안 된다.
실시예 1
본 실시예는 2 단계 방법을 사용한 본 발명의 다층 연마 패드의 제조 방법을 설명한다.
20 mil 두께의 폴리카르보네이트(PC) 물질의 롤은 파일럿 규모 적층기(AGL 6400 적층기, 어드밴스드 그레이그 라미네이터 인코포레이티드(Advanced Greig Laminator, Inc.), 위스콘신주 디포레스트 소재)의 상부 권출 스테이션에 적재된다. 중앙층을 나타내는, 6 mil 두께의 열가소성 폴리우레탄의 롤은 하부 권출부에 적재된다. 폴리카르보네이트 시트 및 폴리우레탄 시트는 적층기로 공급되고 가열된 닙에서 함께 결합된다. 실리콘을 포함하는 하부 롤러를 200 ℉로 가열하는 반면, 크롬을 포함하는 상부 롤러를 180 ℉로 가열한다. 얻어진 2층 적층된 중간체 물질을 후방 재권취 스테이션 상에 수집하여, 중간체 폴리카르보네이트-폴리우레탄 물질의 롤을 생성한다. 이 중간체 롤은 이후 HVM 적층기(블랙 브라더 컴퍼니(Black Brother Company), 일리노이주 멘도타 소재)의 권출 카트 상에 적재된다. 물질은 웨브형성되어 폴리카르보네이트 하부층이 크롬 (270 ℉) 롤러와 접촉하며, 폴리우레탄 중앙층은 가열되지 않은 닙 아래에서 상부층 (폴리우레탄)과 접촉할 것이다. 열은 폴리카르보네이트를 통해 전달되어, 중앙층을 그의 비캣 연화 온도 초과로 가열한다. 패드 상부층 시트가 닙으로 공급됨에 따라, 연화된 중앙층이 상부 시트와 접합되고, 이로써 하부층 및 상부층이 중앙층과 함께 접합된다.
실시예 2
본 실시예는 감압 접착제로 함께 접합된 동일한 패드 물질과 비교한 본 발명의 패드 물질의 T-필 강도 분석을 나타낸다.
이전의 실시예의 패드를 다이 프레스에 위치시키고 1 인치 곱하기 12 인치의 3 개의 스트립을 각 패드로부터 절단하였다. 대조군으로서, 동일한 치수를 갖는 스트립을 본 발명의 패드와 동일한 상부층 및 하부층 물질을 포함하나 감압 접착제를 사용하여 함께 접합된 층을 갖는 패드로부터 제조하였으며, 또한 시험하였다. 각 시험 스트립에 대해, 하부층(즉, 폴리카르보네이트 층)을 로드 셀 장치 (티니우스 올슨(Tinius Olsen) 모델 H10KT, 펜실베니아주 호르셤 소재)의 하부 잠금 조(jaw)에 위치시켰다. 상부층을 이후 상부 조 및 로드 셀 장치에 위치시켰으며, 장치는 제어된 속도 및 힘을 사용하여 두 층을 분리시키며, 파손 시의 시간 및 압력(lbs.)을 기록한다.
T-필 강도 시험의 결과가 도 4에서 상자 그림으로 보여진다. 본 발명의 패드(직접 접합)의 스트립은 상부 및 하부층을 함께 접합시키는 감압 접착제(PSA)를 갖는 대조군 시험 스트립에 비해 현저히 더 강한 접합 강도를 보여준다.
본원에 인용된 공보, 특허 출원, 및 특허를 포함하는 모든 문헌은, 각각의 문헌이 참조로 도입됨을 개별적으로 그리고 구체적으로 나타내어지고 그 전체가 본원에 나타내어진 경우와 동일한 정도로 본원에 참조로 포함된다.
본원에서 달리 지시되거나 문맥에 의해 명백히 부정되지 않은 한, 본 발명을 설명하는 문맥에서 (특히 다음의 청구항의 문맥에서) 용어 "한" 및 "하나" 및 "그" 및 유사한 지시어의 사용은, 단수형 및 복수형 모두를 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 달리 명시되지 않은 한, 용어 "포함하는," "갖는," "비롯한," 및 "함유하는"은 개방형 용어(즉, "포함하나, 이에 제한되지 않는"을 의미함)로서 해석되어야 한다. 본원에서 달리 나타내지 않은 한, 본원에서 수치 범위의 인용은 단지 범위 내에 해당하는 각각의 별도의 수치를 개별적으로 언급하는 속기 방법으로서 기능하려는 것이며, 각각의 별도의 수치가 개별적으로 본원에 인용된 경우와 같이 각각의 별도의 수치가 명세서에 포함된다. 본원에서 달리 나타내거나 명백하게 문맥에 의해 부정되지 않은 한, 본원에 기재된 모든 방법은 임의의 적합한 순서로 수행될 수 있다. 본원에 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적인 용어(예를 들어, "예컨대")의 사용은 단지 본 발명을 더 설명하려는 것이며, 달리 청구되지 않은 한, 본 발명의 범위에 대한 제한을 나타내지 않는다. 명세서의 어떠한 용어도 임의의 청구되지 않은 요소를 본 발명의 실시에 본질적인 것으로서 나타내는 것으로 해석되어선 안 된다.
본 발명을 수행하기 위해 발명자에게 알려져 있는 최선의 방식을 비롯한 본 발명의 바람직한 실시양태가 본원에 기재된다. 이러한 바람직한 실시양태의 변형은 당업자에게 상기 설명을 읽음에 따라 명백해질 것이다. 발명자는 숙련된 당업자가 적절한 경우 이러한 변형을 이용하는 것으로 예상하며, 발명자는 본 발명을 본원에 구체적으로 기재된 것과 달리 실시하는 것을 의도한다. 따라서, 본 발명은 해당법에 의해 허용된 본원에 첨부된 청구항에 인용된 청구주제의 모든 변형 및 등가물을 포함한다. 게다가, 본원에서 달리 나타내거나 명백하게 문맥에 의해 부정되지 않은 한, 본 발명의 모든 가능한 변형에서 상기에 기재된 요소들의 임의의 조합이 본 발명에 포함된다.

Claims (25)

  1. 상부층 및 하부층이 중앙층에 의해 함께 접합되고, 층이 접착제의 사용 없이 접합된, 상부층, 중앙층 및 하부층을 포함하는 화학-기계적 연마용 다층 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 상부층이 연마 표면을 포함하는, 연마 패드.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 하부층이 폴리카르보네이트 물질을 포함하는, 연마 패드.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙층이 상부층 및 하부층에 비해 더 낮은 비캣 연화 온도를 갖는 중합체 수지를 포함하는, 연마 패드.
  5. 제4항에 있어서, 중앙층이 열가소성 폴리우레탄을 포함하는, 연마 패드.
  6. 제5항에 있어서, 중앙층의 열가소성 폴리우레탄이 상부층 또는 하부층보다 더 낮은 비캣 연화 온도를 갖는 것인, 연마 패드.
  7. 제6항에 있어서, 중앙층이 약 260 ℉ 내지 약 300 ℉의 비캣 연화 온도를 갖는 것인, 연마 패드.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층이 열가소성 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 나일론, 폴리올레핀, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 그의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 중합체 수지를 포함하는, 연마 패드.
  9. 제8항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 것인, 연마 패드.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙층의 두께가 약 3 mil 내지 약 5 mil인 것인, 연마 패드.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층 및 하부층이 다공성인 것인, 방법.
  12. (i) 중앙층이 상부층 및 하부층에 비해 더 낮은 비캣 연화 온도를 갖는 중합체 수지를 포함하며, 상부층, 중앙층, 및 하부층을 포함하는 중합체 시트의 다수 개의 층을 함께 결합시키는 단계, (ii) 다층 중합체 시트를, 중앙층의 비캣 연화 온도를 초과하지만 상부층 및 하부층의 비캣 연화 온도 미만인 온도로 처리하는 단계, 및 (iii) 중앙층 및 상부층 간의 접합, 및 중앙층 및 하부층 간의 접합을 형성하는 단계를 포함하는, 다층 연마 패드 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서, 다층 중합체 시트가 약 260 ℉ 내지 약 300 ℉의 온도로 처리되는 것인, 다층 연마 패드 제조 방법.
  14. 제12항 또는 제13항에 있어서, 적층에 의해 다층 중합체 시트를 약 260 ℉ 내지 약 300 ℉의 온도로 처리하는 것인, 다층 연마 패드 제조 방법.
  15. 제12항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층이 연마 표면을 포함하는, 다층 연마 패드 제조 방법.
  16. 제12항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 하부층이 폴리카르보네이트 물질을 포함하는, 다층 연마 패드 제조 방법.
  17. 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙층이 열가소성 폴리우레탄을 포함하는, 다층 연마 패드 제조 방법.
  18. 제12항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙층이 약 260 ℉ 내지 약 300 ℉의 비캣 연화 온도를 갖는 것인, 다층 연마 패드 제조 방법.
  19. 제12항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층이 열가소성 폴리우레탄, 폴리카르보네이트, 나일론, 폴리올레핀, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리이미드, 폴리아라미드, 폴리아릴렌, 폴리아크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리메틸메타크릴레이트, 그의 공중합체, 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 중합체 수지를 포함하는, 다층 연마 패드 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서, 중합체 수지가 열가소성 폴리우레탄인 것인, 다층 연마 패드 제조 방법.
  21. 제12항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서, 중앙층의 두께가 약 3 mil 내지 약 5 mil인 것인, 다층 연마 패드 제조 방법.
  22. 제12항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상부층 및 하부층이 다공성인 것인, 다층 연마 패드 제조 방법.
  23. 회전하는 평판,
    회전하는 평판에 고정된 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 연마 패드, 및
    회전하는 연마 패드와 접촉시킴으로써 연마될 작업물을 수용하는 캐리어
    를 포함하는, 화학-기계적 연마 장치.
  24. 제23항에 있어서, 계 내 종점 검출 시스템을 더 포함하는 화학-기계적 연마 장치.
  25. (i) 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 연마 패드를 제공하는 단계,
    (ii) 작업물과 연마 패드를 접촉시키는 단계, 및
    (iii) 연마 패드를 작업물에 대해 움직여 작업물을 마멸시키고 이로써 작업물을 연마하는 단계
    를 포함하는, 작업물 연마 방법.
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