KR20170020446A

KR20170020446A - 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드

Info

Publication number: KR20170020446A
Application number: KR1020177001076A
Authority: KR
Inventors: 폴 안드레 레페브레; 윌리엄 씨. 앨리슨
Original assignee: 넥스플래너 코퍼레이션
Priority date: 2014-06-18
Filing date: 2015-06-12
Publication date: 2017-02-22
Also published as: CN106470799A; EP3157710B1; CN113276016A; KR102391135B1; JP2020055103A; WO2015195488A1; JP6810992B2; US20150367478A1; TW201609315A; US9238294B2; EP3157710A1; JP2017520422A; SG11201610140TA; TWI599448B

Abstract

액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드 및 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드의 제조 방법이 기술된다. 예에서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 중합체 매트릭스 및 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 갖는 연마 본체를 포함한다. 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 갖는다. 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖거나 물보다 낮은 밀도를 갖거나 또는 둘 모두이다.

Description

액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드 {POLISHING PAD HAVING POROGENS WITH LIQUID FILLER}

본 발명의 실시양태는 화학적 기계적 연마 (CMP) 분야, 특히 액체 충전제를 갖는 포로겐(porogen)을 갖는 연마 패드 및 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드의 제조 방법 분야이다.

일반적으로 CMP로 약칭된 화학적-기계적 평탄화 또는 화학적-기계적 연마는 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판을 평탄화하기 위해서 반도체 제조에서 사용되는 기술이다.

방법은 연마 패드 및 전형적으로 웨이퍼보다 더 큰 직경의 리테이닝 링(retaining ring)과 함께 연마재 및 부식성 화학 슬러리 (일반적으로 콜로이드)를 사용하는 것을 포함한다. 연마 패드 및 웨이퍼는 동적 연마 헤드에 의해서 함께 프레싱되어, 플라스틱 리테이닝 링에 의해서 제자리에 유지된다. 동적 연마 헤드는 연마 동안 회전된다. 이러한 접근법은 물질의 제거에 도움이 되며, 임의의 불규칙적인 지형을 균일하게 만드는 경향이 있어서, 웨이퍼를 편평하게 또는 평탄하게 만든다. 이것은 추가적인 회로 요소의 형성을 위해서 웨이퍼를 설치하기 위해서 필수적일 수 있다. 예를 들어, 이것은 전체 표면을 포토리소그래피 시스템의 필드 깊이 이내로 만들거나 또는 그의 위치를 기초로 물질을 선택적으로 제거하기 위해서 필수적일 수 있다. 전형적인 필드 깊이 요건은 최근 서브-50 나노미터 기술 노드(sub-50 nanometer technology node)의 경우 옹스트롬까지 낮아진다.

물질 제거 방법은 단순히 연마재 스크래핑(scraping), 예컨대 나무 상의 샌드페이퍼에 의해서가 아니다. 슬러리 중의 화학물질이 또한 제거될 물질과 반응하고/반응하거나 제거될 물질을 약화시킨다. 연마재는 이러한 약화 과정을 가속화하고, 연마 패드는 반응한 물질이 표면으로부터 닦여지는 것을 돕는다. 슬러리 기술에서의 도움 이외에도, 연마 패드는 상당히 복잡한 CMP 작동에서 중요한 역할을 한다.

그러나, CMP 패드 기술의 발전에서 추가 개선이 필요하다.

본 발명의 실시양태는 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드, 및 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드의 제조 방법을 포함한다.

실시양태에서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 중합체 매트릭스 및 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 갖는 연마 본체를 포함한다. 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 갖는다. 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖는다.

또 다른 실시양태에서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 중합체 매트릭스 및 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 갖는 연마 본체를 포함한다. 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 갖는다. 액체 충전제는 물보다 낮은 밀도를 갖는다.

또 다른 실시양태에서, 기판의 연마 방법은 연마 패드를 플래튼 상에 제공하는 단계를 포함한다. 연마 패드는 연마 패드의 연마 본체의 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 포함한다. 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 포함하고, 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖거나 또는 물보다 낮은 밀도를 갖거나 또는 둘 모두이다. 방법은 또한 연마 패드를 컨디셔닝하는 단계를 포함한다. 컨디셔닝 단계는 연마 패드의 연마 본체의 복수의 포로겐의 최상부 부분을 파괴하여 연마 패드의 연마 표면을 제공하는 것을 포함한다. 방법은 또한 연마 패드의 연마 표면 상에 슬러리를 적용하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 연마 패드의 연마 표면 상의 슬러리를 이용해 기판을 연마하는 것을 포함한다.

또 다른 실시양태에서, 연마 패드의 제조 방법은 예비중합체 및 경화제를 복수의 포로겐과 혼합하여 혼합물을 형성하는 단계를 포함한다. 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 가지며, 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖거나 또는 물보다 낮은 밀도를 갖거나 또는 둘 모두이다. 방법은 또한 혼합물을 경화시켜 연마 본체의 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 갖는 연마 본체를 갖는 연마 패드를 제공하는 단계를 포함한다. 경화 단계는 복수의 포로겐 각각을 실질적으로 팽창시키지 않는다.

도 1a는 본 발명의 실시양태에 따른, 액체-충전된 포로겐을 갖는 CMP 연마 패드의 단면도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 실시양태에 따른, 컨디셔닝하여 A-A' 축 위의 연마 패드의 일부를 제거한 이후의 도 1a의 연마 패드의 단면도를 도시한다.
도 1c는 본 발명의 실시양태에 따른, 액체 충전제를 최상부 포로겐으로부터 방출시킨 후 도 1b의 연마 패드의 단면도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 실시양태에 따른, 연마 패드의 매트릭스 내에 액체-충전된 포로겐을 갖는 연마 패드 단면의 일부의 공초점 현미경 영상이다.
도 2b는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른, 연마 패드의 매트릭스 내에 액체-충전된 포로겐을 갖는 연마 패드 단면의 일부의 공초점 현미경 영상이다.
도 3a는 본 발명의 실시양태에 따른, 연마 패드의 절단 시, 파괴되고, 비워진 액체-충전된 포로겐을 갖는 연마 패드 단면의 1000X 배율의 주사 전자 현미경 영상이다.
도 3b는 본 발명의 실시양태에 따른, 연마 패드의 절단 시, 파괴되고, 비워진 액체-충전된 포로겐을 갖는 연마 패드 단면의 4000X 배율의 주사 전자 현미경 영상이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시양태에 따른, 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드의 제조에서 사용되는 공정 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 실시양태에 따른, 액체-충전된 포로겐 및 기체-충전된 포로겐을 갖는 CMP 연마 패드의 단면도를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 실시양태에 따른, 대략 1:1 이봉 분포의 액체-충전된 포로겐을 갖는 고밀도 연마 패드의 단면도를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 실시양태에 따른, 도 6a의 연마 패드에서 좁은 분포의 세공 직경에 대한 세공 직경의 함수로서의 모집단의 플롯을 도시한다.
도 6c는 본 발명의 실시양태에 따른, 도 6a의 연마 패드에서 넓은 분포의 세공 직경에 대한 세공 직경의 함수로서의 모집단의 플롯을 도시한다.
도 7은 본 발명의 실시양태에 따른, 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드와 상용성인 연마 장치의 등각 투영 측면도를 도시한다.

액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드, 및 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드의 제조 방법이 본원에서 기술된다. 하기 설명에서, 본 발명의 실시양태의 철저한 이해를 제공하기 위해서, 다수의 구체적인 상세사항, 예컨대 구체적인 연마 패드 설계 및 조성물이 언급되어 있다. 본 발명의 실시양태가 이러한 구체적인 상세사항 없이 실시될 수 있다는 것은 관련 기술 분야의 통상의 기술자에게 자명할 것이다. 다른 예에서, 널리 공지된 가공 기술, 예컨대 슬러리와 연마 패드를 조합하여 반도체 기판의 화학적 기계적 평탄화 (CMP)를 수행하는 것과 관련된 상세사항은 본 발명의 실시양태를 불필요하게 이해하기 어렵게 하지 않도록 상세하게 기술되지 않는다. 추가로, 도면에 도시된 다양한 실시양태는 예시적인 표현이며 반드시 축적대로 도시된 것은 아니라는 것을 이해해야 한다.

본원에 기술된 하나 이상의 실시양태는 연마 패드의 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 액체-충전된 포로겐 또는 마이크로요소(microelement)를 갖는 CMP 연마 패드에 관한 것이다. 사용 시, 패드 표면에서, 액체-충전된 포로겐은 예를 들어, 패드 디스크 컨디셔너에 의해서 파괴된다. 액체 충전제는 파괴된 포로겐으로부터 증발되고/증발되거나 슬러리에 의해서 밀려나서 패드 표면에 사용가능한 세공을 제공한다. 패드 표면 아래에, 패드에 내장되어 남아있는 액체-충전된 포로겐은 평탄화 성능에 바람직한 고밀도 패드 벌크를 제공한다. 패드 표면에서, 물질은 슬러리 이송(transport)에 필요한 저밀도 다공성 층으로 변형된다.

전후 관계를 제공하기 위해서, CMP 패드 내에 수용성 입자를 혼입하려는 시도를 하였다. 수용성 입자는 수성 슬러리와의 접촉 시 용해될 것이다. 그러나, CMP 패드 내에 그러한 수용성 물질을 포함시키는 것은 특히 수용성 물질이 화학적으로 활성인 경우에는 슬러리 화학물질과 바람직하지 않고/바람직하지 않거나 제어되지 않는 반응을 유발할 수 있다. 한 실시양태에서, 상기 문제를 다루기 위해서, CMP 연마 패드의 폴리우레탄 매트릭스를 제조하여 액체-충전된 포로겐, 예컨대 팽창되지 않은(unexpanded) EXPANCEL^TM 포로겐을 포함시켰다. 패드 제조 방법은 EXPANCEL^TM 팽창 온도보다 낮은 온도에서 수행된다. EXPANCEL^TM 포로겐 또는 마이크로요소 중의 충전제는 패드 제조 방법 동안 액체 상으로 유지된다. 결과는 사용 시 평탄화를 위해서 가능한 한 충실하거나 조밀한 벌크 부분을 갖도록 제조될 수 있는 CMP 연마 패드이다. 한편, 패드 표면은 결함 감소를 위해서 가능한 한 연질이 될 수 있다.

보다 일반적으로, 본원에 기술된 하나 이상의 실시양태는 대략 0.8 그램/세제곱센티미터 (g/cc)를 초과하는 높은 벌크 밀도, 보다 특별하게는 대략 1 g/cc를 초과하는 고밀도를 갖는 연마 패드의 제조에 관한 것이다. 생성된 패드는 고밀도를 제공하는 독립 기포 다공성(closed cell porosity)을 갖는 폴리우레탄 물질을 기재로 할 수 있다.

예시적인 실시양태에서, 도 1a는 액체-충전된 포로겐을 갖는 CMP 연마 패드의 단면도를 도시한다. 도 1a를 참고하면, 연마 패드(100)는 중합체 매트릭스(102) 및 중합체 매트릭스(102) 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐(104)을 포함하는 연마 본체를 포함한다. 복수의 포로겐(104) 각각은 액체 충전제(108)가 존재하는 쉘(106)을 포함한다.

실시양태에서, 포로겐(104)의 액체 충전제(108)는 쉘(106) 내에 함유된 충전제이고, 그의 대부분은 액체 상으로 존재한다. 그러한 한 실시양태에서, 포로겐(104) 중 하나 이상의 경우, 액체 충전제(108)는 쉘(106)을 완전히 충전하고, 따라서 완전히 액체 상으로 존재한다. 그러나, 또 다른 실시양태에서, 하나 이상의 포로겐(104)의 경우, 액체 충전제(108)는 쉘(106)을 단지 부분적으로 충전한다. 그러한 실시양태에서, 액체 충전제는 액체 충전제의 기체 상과 평형 상태로 존재할 수 있다. 그렇지만, 액체 충전제(108)의 대부분 (질량 기준)은 액체 상으로 존재한다. 쉘(106) 내에 함유된 바와 같은 액체 충전제(108)는 연마 패드(100)의 본체 내에 함유되어 있는 동안 폐쇄 시스템 내에 효과적으로 존재한다.

실시양태에서, 액체 충전제(108)는 물의 비점보다 낮은 비점, 즉 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖는다. 실시양태에서, 액체 충전제는 물보다 낮은 밀도, 즉 (4℃에서 물에 대해서 정의된 것과 같은) 1 g/cm³ 미만의 밀도를 가지며, 특정 실시양태에서, 액체 충전제(108)는 대략 0.7 g/cm³ 미만의 밀도를 갖는다. 한 실시양태에서, 액체 충전제(108)는 탄화수소, 예컨대 비제한적으로 n-펜탄, 이소-펜탄, 부탄, 또는 이소-부탄 (예를 들어, 1 atm의 압력에서 40℃ 미만의 비점을 갖는 탄화수소)이다. 그러나, 다른 실시양태에서, 더 고급 탄화수소, 예컨대 톨루엔 또는 경질 미네랄이 사용될 수 있다. 그러한 한 실시양태에서, 액체 충전제(108)는 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자이다.

실시양태에서, 각각의 액체-충전된 포로겐(104)의 쉘(106)은 중합체 쉘이다. 그러한 한 실시양태에서, 중합체 쉘은 블록 공중합체, 폴리비닐리딘 클로라이드, 아크릴 물질, 또는 아크릴로니트릴과 같은 물질로 구성되지만, 그에 제한되는 것은 아니다. 실시양태에서, 액체-충전제(108)/쉘(106) 짝은 팽창되지 않은 포로겐 충전제 또는 팽창전(underexpanded) 포로겐 충전제 (모두 UPF라 칭함)로서 기술될 수 있고, 이것은 약간 상승된 온도에서 연마 패드를 제조하는 동안에는 팽창했을 것이다. 그러나, 하기에 보다 상세하게 기술된 바와 같이, 연마 패드 제조 방법이 팽창 온도보다 낮게 유지되는 경우 UPF는 액체-충전된 비팽창된 포로겐으로 남아있다. 그러한 한 실시양태에서, 많은 양의 UPF가 폴리우레탄-형성 혼합물 중에 포함된다. UPF는 패드 캐스팅 방법 동안 팽창되지 않고, 액체-충전된 포로겐이 존재하는 고밀도 패드를 생성한다.

실시양태에서, 복수의 포로겐(104) 중 적어도 일부는 붕괴된-구체(collapsed-sphere) 형상을 갖는다. 즉, 포로겐(104)은 대략적으로 수축된 구체의 형상일 수 있는데, 그것은 수축되지 않았다면 구체 형상으로 팽창될 수 있었을 것이다. 붕괴된-형상은 완전히 붕괴되어 초승달-유사 형상을 제공할 수 있거나, 또는 부분적인 구체 또는 심지어는 거의 구체일 수 있다.

예에서, 도 2a는 본 발명의 실시양태에 따른, 연마 패드의 매트릭스(102) 내에 액체-충전된 포로겐(104)을 갖는 연마 패드(200A) 단면의 일부의 공초점 현미경 영상이다. 도 2a를 참고하면, 포로겐의 측면 시점에서 관찰되는 경우, 초승달 형상 또는 초승달 유사 형상이 관찰된다. 포로겐의 바닥 시점에서 관찰되는 경우, 둥근 부분 또는 부분적인 구체 부분이 보인다.

액체-충전된 포로겐은 또한 불규칙 형상을 가질 수 있음이 인지되어야 한다. 예에서, 도 2b는 본 발명의 또 다른 실시양태에 따른, 연마 패드의 매트릭스(102) 내에 액체-충전된 포로겐(104)을 갖는 연마 패드(200B) 단면의 일부의 공초점 현미경 영상이다. 도 2b를 참고하면, 포로겐(104)은 주로 비구체이고, 일부는 심지어는 약간 뽀족한 특징부를 갖는다.

실제 형상에 관계없이, 액체-충전된 포로겐(104)은 평균 직경을 갖는 것으로서 기술될 수 있다. 직경이 임의의 방향에서 동일한 구체와 달리, 액체-충전된 포로겐(104)은 포로겐의 크기가 모든 방향에서 측정되는 경우에 성취되는 평균 직경에 의해서 치수가 규정될 수 있다. 예를 들어, 초승달 형상의 포로겐은 초승달 시점에서 짧은 직경을 가지며, 바닥 시점에서 긴 직경을 가질 것이다. 포로겐에 대한 평균 직경은 그러한 직경의 평균치로서 기술될 수 있다. 특정 실시양태에서, 각각의 포로겐(104), 예를 들어, 붕괴된-구체 형상의 포로겐은 대략 6 내지 40 마이크로미터 범위의 평균 직경을 갖는다.

실시양태에서, 연마 패드(100)의 연마 본체의 중합체 매트릭스(102)는 열경화성 폴리우레탄 물질이거나 또는 열경화성 폴리우레탄 물질을 포함한다. 그러한 한 실시양태에서, 중합체 매트릭스(102) 및 복수의 포로겐(104)을 포함하는 연마 본체는 총 부피를 가지며, 복수의 포로겐이 총 부피의 대략 20% 내지 대략 50%를 차지한다. 실시양태에서, 중합체 매트릭스(102) 및 복수의 포로겐(104)을 포함하는 연마 본체는 대략 0.8 g/cm³를 초과하는 총 밀도, 보다 특별하게는 대략 1 g/cm³를 초과하는 총 밀도를 갖는다. 따라서, 일부 실시양태에서, 연마 패드(100)는 고밀도 연마 패드인데, 그 이유는 다른 공지된 연마 패드는 전형적으로 0.65 내지 0.8 g/cm³의 밀도를 갖기 때문이다.

또 다른 측면에서, 도 1a와 관련하여 기술된 연마 패드(100)는 기판을 연마하기 위해서 사용되는 화학적 기계적 평탄화 방법에서 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 7과 관련하여 하기에 보다 상세히 기술될 바와 같이, 연마 패드(100)는 플래튼 상에 배치될 수 있고, 플래튼 상에서 CMP 방법이 연마 패드 상부에서 그리고 연마 패드 상에서 수행된다.

실시양태에서, CMP 방법 전에 그리고/또는 CMP 방법 동안, 연마 패드(100)를 컨디셔닝한다. 도 1a를 참고하면, 연마 패드(100)를 컨디셔닝하여 A-A' 축 위의 패드의 일부를 제거한다. 도 1b는 본 발명의 실시양태에 따른, 컨디셔닝하여 A-A' 축 위의 연마 패드의 일부를 제거한 이후의 도 1a의 연마 패드의 단면도를 도시한다.

도 1b를 참고하면, 컨디셔닝은 복수의 포로겐(104)의 최상부 부분을 파괴하여 연마 패드(100)의 연마 표면(110)을 제공하는 것을 포함한다. 그러한 한 실시양태에서, 컨디셔닝은 연마 패드의 최상부 부분을 다이아몬드 절단기를 포함할 수 있는 패드 컨디셔닝 공구(tool)로 절단하는 것을 포함한다.

실시양태에서, 복수의 포로겐(104)의 최상부 부분의 파괴는 포로겐의 파괴된 최상부 부분의 액체 충전제의 방출로 이어진다. 그러한 한 실시양태에서, 액체 충전제는 패드의 외부를 주변 조건에 노출할 때 액체 충전제의 휘발에 의해서 적어도 어느 정도 방출된다. 그러한 경우, 높은 증기압을 갖는 액체 충전제가 이러한 방식으로 방출될 수 있다. 또 다른 실시양태에서, 적어도 어느 정도로, 액체 충전제는 연마 패드의 표면에 적용된 슬러리 또는 액체에 의해서 대체된다. 그러한 경우, 저점도 액체 충전제가 이러한 방식으로 방출되거나 대체될 수 있다.

도 1c를 참고하면, 액체 충전제의 방출 시, 복수의 개방 세공(112)이 패드 표면(110)에 생성된다. 생성된 연마 패드는 웨이퍼 또는 기판의 CMP 가공을 위해서 그것에 적용되는 슬러리와 함께 사용될 수 있다. 세공(112)의 생성은 한 실시양태에서 생성된 연마 패드의 고유 능력을 이송 슬러리에 제공한다. 패드는 연마 패드의 수명 동안 수 회 컨디셔닝될 수 있거나 또는 달리는 수 회 절단될 수 있어서, 매회 패드의 최상부 층을 제거하므로, 연마 패드는 시간이 지남에 따라서 얇아진다는 것이 인지되어야 한다.

실시양태에서, 다시 도 3c를 참고하면, 액체 충전제의 방출 시, 패드의 최상부 부분 (본질적으로 노출된 부분)은 액체-충전된 포로겐을 보유한 패드의 벌크 부분보다 상당히 더 연질이 된다. 패드(100)와의 컨디셔닝 방법은 연마 표면 아래의 벌크 패드의 잔여부보다 실질적으로 더 연질인 연마 표면을 갖는 연마 패드의 실시간 제조를 가능하게 한다. 그리고, 패드의 벌크 부분이 기체-충전된 포로겐과는 대조적으로 액체-충전된 포로겐을 갖기 때문에, 패드의 벌크 부분은 매우 고밀도를 갖게 될 수 있다. 따라서, 실시양태에서, 복수의 포로겐(104)의 최상부 부분의 파괴는 연마 패드의 연마 본체의 남아있는 아래에 놓인 부분보다 더 낮은 밀도를 가지며, 더 낮은 경도를 갖는 연마 표면(110)을 제공한다.

액체-충전된 포로겐의 파괴 시 생성되는 표면(110)을 대표하는 연마 단면의 예로서, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시양태에 따른, 연마 패드의 절단 시, 파괴되고, 비워진 액체-충전된 포로겐을 갖는 연마 패드(300) 단면의 주사 전자 현미경 영상이다. 도 3a는 1000X 배율이고, 도 3b는 4000X 배율을 나타낸다. 두 영상에서, 파괴된 초승달 형상의 포로겐이 관찰될 수 있다. 포로겐은 12 마이크로미터의 평균 직경을 가지며 40%의 밀도를 갖는다.

또 다른 측면에서, 액체-충전된 포로겐을 갖는 연마 패드는 성형 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시양태에 따른, 연마 패드의 제조에서 사용되는 공정 단면도를 도시한다.

도 4a를 참고하면, 성형 금형(400)을 제공한다. 도 4b를 참고하면, 예비중합체(402) 및 경화제(404) (예를 들어, 쇄 연장제 또는 가교제)를 복수의 포로겐(406), 예컨대 상기에 기술된 액체-충전된 포로겐(104)과 혼합하여 혼합물 내에 분산된 포로겐(406)을 갖는 혼합물(410)을 형성한다.

도 4c를 참고하면, 성형 금형(400)의 뚜껑(416)을 성형 금형(400)의 기저부와 합체하고, 혼합물(410)은 성형 금형(400)의 형상을 보유한다. 실시양태에서, 성형 금형(410) 내에 공동 또는 공극이 형성되지 않도록 뚜껑(416)을 성형 금형(400)의 기저부와 합체할 때 또는 합체하는 동안 금형(400)을 탈기한다. 성형 금형의 뚜껑을 하강시키는 것을 기술하는 본원에 기술된 실시양태는 뚜껑 및 성형 금형의 기저부의 합체를 성취하기만 하면 된다는 것을 인지해야 한다. 즉, 일부 실시양태에서, 성형 금형의 기저부를 성형 금형의 뚜껑을 향해서 상승시키지만, 다른 실시양태에서는, 기저부를 뚜껑을 향해서 상승시키고, 동시에 성형 금형의 뚜껑을 성형 금형의 기저부를 향해서 하강시킨다.

다시 도 4c를 참고하면, 혼합물(410)을 성형 금형(400)에서 경화시킨다. 예로서, 가열을 사용하여 혼합물(410)을 경화시켜 액체-충전된 포로겐(406)을 둘러싼 부분적으로 또는 완전히 경화된 패드 물질(420)을 제공한다. 그러한 한 실시양태에서, 경화는 예비중합체 및 경화제의 물질을 기재로 하는 가교된 매트릭스를 형성한다.

실시양태에서, 경화는 복수의 포로겐(406) 각각을 실질적으로 팽창시키지 않는다. 실시양태에서, 복수의 포로겐(406) 각각의 실질적인 팽창은 50 부피%를 초과하는 크기 증가일 것이다. 예를 들어, 팽창되지 않은 EXPANCEL^TM의 팽창은 1000 부피% 내지 4000 부피%만큼 클 수 있다. 따라서, 실시양태에서, 팽창되지 않은 포로겐(406)은 경화 동안 본질적으로 팽창하지 않는다. 한 실시양태에서, 어쨌든 약간의 팽창이 존재하는 경우, 팽창은 50 부피% 미만이다.

한 실시양태에서, 혼합물(410)을 경화시키는 단계는 혼합물(410)을 복수의 액체-충전된 포로겐(406)의 팽창 온도보다 낮은 온도로 가열하는 것을 포함한다. 한 실시양태에서, 복수의 포로겐(406) 각각은 붕괴된-구체 형상을 가지며, 경화는 복수의 포로겐(406) 각각의 붕괴된-구체 형상을 실질적으로 개질하지 않는다. 한 실시양태에서, 복수의 포로겐(406) 각각은 대략 6 내지 40 마이크로미터의 평균 직경을 가지며, 경화는 복수의 포로겐(406) 각각의 평균 직경을 실질적으로 증가시키지 않는다. 한 실시양태에서, 복수의 포로겐(406) 각각은 초기 쉘 두께를 가지며, 경화는 복수의 포로겐(406) 각각의 쉘 두께를 실질적으로 감소시키지 않는다.

도 4d를 참고하면, 실시양태에서, 상기에 기술된 방법을 사용하여 연마 패드(420)를 제공한다. 연마 패드(422)는 경화된 물질(420)로 구성되고, 액체-충전된 포로겐(406)을 포함한다. 실시양태에서, 연마 패드(422)는 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성되고, 액체-충전된 포로겐(406)은 열경화성 폴리우레탄 물질 중에 분산되어 있다. 다시 도 4d를 참고하면, 도면의 하부 부분은 a-a' 축을 따라서 취해진 상부 단면도의 평면도이다. 평면도에서 인지되는 바와 같이, 실시양태에서, 연마 패드(422)는 연마 표면 내에 홈 패턴을 갖는 연마 표면(428)을 갖는다. 특정 일 실시양태에서, 도시된 바와 같이, 홈 패턴은 방사상 홈 (426) 및 동심원의 원형 홈 (428)을 포함한다.

실시양태에서, 상기에 가능하다고 언급된 바와 같이, 혼합물(410)은 금형(400) 내에서 부분적으로만 경화되고, 한 실시양태에서, 성형 금형(420)으로부터 제거한 후에 오븐에서 추가로 경화된다. 그러나, 그러한 실시양태에서, 가열은 복수의 포로겐(406) 각각을 실질적으로 팽창시키지 않는다.

실시양태에서, 예비중합체(402)는 이소시아네이트이고, 경화제(404)는 방향족 디아민 화합물이고, 연마 패드(422)는 열경화성 폴리우레탄 물질(220)로 구성된다. 그러한 한 실시양태에서, 혼합물(410)을 형성하는 단계는 불투명화 충전제를 예비중합체(402) 및 경화제(404)에 첨가하여 궁극적으로 불투명한 성형된 연마 본체(422)를 제공하는 것을 추가로 포함한다. 구체적인 그러한 실시양태에서, 불투명화 충전제는 질화붕소, 플루오린화세륨, 흑연, 플루오린화흑연, 황화몰리브데넘, 황화니오븀, 탈크, 황화탄탈럼, 이황화텅스텐 또는 테플론과 같은 물질이지만, 그에 제한되는 것은 아니다.

실시양태에서, 연마 패드 전구체 혼합물(410)을 사용하여 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성된 성형된 균질한 연마 본체(422)를 궁극적으로 형성한다. 그러한 한 실시양태에서, 연마 패드 전구체 혼합물(410)을 사용하여 경질 패드를 궁극적으로 형성하고, 단지 단일 유형의 경화제(404)를 사용한다. 그러나, 또 다른 실시양태에서, 연마 패드 전구체 혼합물(410)을 사용하여 연질 패드를 궁극적으로 형성하고, 1차 경화제 및 2차 경화제의 조합 (함께 (404)를 제공함)을 사용한다. 예를 들어, 구체적인 실시양태에서, 예비중합체(402)는 폴리우레탄 전구체를 포함하고, 1차 경화제는 방향족 디아민 화합물을 포함하고, 2차 경화제는 에테르 연결을 포함한다. 특정 실시양태에서, 폴리우레탄 전구체는 이소시아네이트이고, 1차 경화제는 방향족 디아민이고, 2차 경화제는 예컨대 폴리테트라메틸렌 글리콜, 아미노-관능화된 글리콜, 또는 아미노-관능화된 폴리옥시프로필렌과 같은 경화제이지만, 그에 제한되는 것은 아니다. 실시양태에서, 예비중합체(402), 1차 경화제, 및 2차 경화제 (함께 (404))는 106 부의 예비중합체, 85 부의 1차 경화제, 및 15 부의 2차 경화제의 대략적인 몰비를 가져서, 즉 대략 1:0.96의 예비중합체:경화제의 화학량론을 제공한다. 그러한 비율을 변경하거나, 또는 예비중합체, 제1 경화제 및 제2 경화제의 특정 본성에 기초하여 다양한 경도 값을 갖는 연마 패드를 제공할 수 있다는 것을 인지해야 한다.

다시 도 4d를 참고하면, 상기에 기술된 바와 같이, 실시양태에서, 성형 금형(400) 내에서의 경화는 성형된 연마 본체(422)의 연마 표면(424) 내에 홈 패턴을 형성하는 것을 포함한다. 도시된 바와 같이 홈 패턴은 방사상 홈 및 동심원의 원형 원금형 홈을 포함한다. 방사상 홈 또는 원금형 홈은 생략될 수 있다는 것을 인지해야 한다. 추가로, 동심원 원금형 홈은 대신에 다각형, 예컨대 중첩(nested) 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 등일 수 있다. 대안적으로, 연마 표면은 대신에 홈을 대신하여 돌출부를 기초로 할 수 있다. 추가로, 연마 패드는 연마 표면 내에 홈이 없이 제조될 수 있다. 그러한 한 예에서, 패턴화된 뚜껑 대신에 성형 장치의 패턴화되지 않은 뚜껑이 사용된다. 또는, 대안적으로, 성형 동안 뚜껑 사용이 생략될 수 있다. 그러나, 성형 동안 뚜껑이 사용되는 경우, 혼합물(410)은 대략 2 내지 12 파운드/제곱인치 범위의 압력 하에서 가열될 수 있다.

상기 몇몇 예는 고밀도 패드의 제조에 관한 것이지만, 추가적인 다공성을 포함하고, 따라서 감소된 밀도를 포함하는 액체-충전된 포로겐이 존재하는 연마 패드가 제조될 수 있다. 예를 들어, 실시양태에서, 복수의 액체-충전된 포로겐에 더하여, 연마 패드는 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 제2의 복수의 포로겐을 추가로 포함한다. 제2의 복수의 포로겐은 도 4b와 관련하여 기술된 혼합물(410)을 형성하기 위한 추가 성분으로서 첨가될 수 있다. 한 실시양태에서, 제2의 복수의 포로겐 각각은 쉘 및 기체 충전제 (예를 들어, 충전제 물질 대부분이 기체 상으로 존재함)로 구성된다. 구체적인 그러한 실시양태에서, 복수의 액체-충전된 포로겐은 총량이 연마 패드의 10 내지 40 중량%이고, 제2의 복수의 포로겐은 총량이 연마 패드의 대략 5 중량% 미만이다.

예로서, 도 5는 본 발명의 실시양태에 따른, 액체-충전된 포로겐 및 기체-충전된 포로겐을 갖는 CMP 연마 패드의 단면도를 도시한다. 도 5를 참고하면, 연마 패드(500)는 균질한 연마 본체(501)를 포함한다. 한 실시양태에서, 균질한 연마 본체(501)는 열경화성 폴리우레탄 물질 중에 분산된 복수의 액체-충전된 포로겐(504)이 존재하는 열경화성 폴리우레탄 물질 (502)로 구성된다. 추가로, 복수의 기체-충전된 포로겐(599)이 또한 열경화성 폴리우레탄 물질(502) 중에 분산되어 있다.

실시양태에서, 제2의 복수의 마이크로요소(599) 각각은 연마 패드 (예를 들어, 그 내의 추가 성분으로서) 전체에 걸쳐 분산된 미리 팽창되고 기체-충전된 EXPANCEL^TM으로 구성된다. 즉, 연마 패드 형성 시에 마이크로요소를 포함시키기 전에, 예를 들어 혼합물(410) 중에 포함시키기 전에, 마이크로요소(599)에 대해서 일어날 수 있는 임의의 상당한 팽창을 수행한다. 구체적인 실시양태에서, 미리 팽창된 EXPANCEL^TM은 펜탄으로 충전되며, 그의 대부분은 기체 상으로 존재한다.

또 다른 실시양태에서, 복수의 액체-충전된 포로겐에 더하여, 연마 패드는 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 무쉘(shell-less) 포로겐을 추가로 포함한다. 복수의 무쉘 포로겐은 기체 충전제를 가질 수 있고, 도 4b와 관련하여 설명된 혼합물(410)을 형성하는 동안 또는 형성한 후에 추가 성분으로서 형성될 수 있다. 그러한 한 실시양태에서, 도 4b와 관련하여 설명된 혼합은 기체(499)를 예비중합체 및 경화제에, 또는 그것으로부터 형성된 생성물에 주입하는 것을 추가로 포함한다. 또 다른 실시양태에서, 예비중합체는 이소시아네이트이고, 혼합은 액체, 예컨대 물을 예비중합체에 첨가하여 최종 경화된 생성물에서 기체 방울 형성으로 이어지는 반응을 유발하는 것을 추가로 포함한다.

또 다른 측면에서, 연마 패드에서 액체-충전된 포로겐 평균 직경의 분포는 종(bell) 곡선 또는 일봉 분포를 가질 수 있다. 일봉 분포는 비교적 넓을 수 있거나 또는 좁을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 일봉이다. 즉, 좁은 분포 또는 넓은 분포의 경우, 액체-충전된 포로겐의 단지 하나의 최대 평균 직경 모집단이 연마 패드에 제공된다. 대안적으로, 대신에 이봉 분포의 포로겐 평균 직경을 갖는 고밀도 연마 패드가 제조될 수 있다. 예로서, 도 6a는 본 발명의 실시양태에 따른, 대략 1:1의 이봉 분포의 액체-충전된 포로겐을 갖는 고밀도 연마 패드의 단면도를 도시한다.

도 6a를 참고하면, 연마 패드(600)는 균질한 연마 본체(601)를 포함한다. 한 실시양태에서, 균질한 연마 본체(601)는 균질한 연마 본체(601) 내에 배치된 복수의 액체-충전된 포로겐(602)이 존재하는 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성된다. 복수의 액체-충전된 포로겐(602)은 다봉 분포의 평균 직경을 갖는다. 실시양태에서, 다봉 분포의 평균 직경은 도 6a에 도시된 바와 같은, 작은 평균 직경 모드(604) 및 큰 평균 직경 모드(606)를 포함하는 이봉 분포의 평균 직경이다.

실시양태에서, 복수의 액체-충전된 포로겐(602)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 서로로부터 분리된 포로겐을 포함한다. 이것은 터널을 통해서 서로에 연결될 수 있는 개방형 기포 세공(open cell pore), 예컨대 일반적인 스폰지에서의 세공에 대한 경우와 상반된다. 한 실시양태에서, 액체-충전된 포로겐 각각은 물리적인 쉘, 예컨대 중합체 쉘을 포함한다. 실시양태에서, 복수의 액체-충전된 포로겐(602), 및 이에 따른 다봉 분포의 평균 직경은 도 6a에 도시된 바와 같이, 균질한 연마 본체(601)의 열경화성 폴리우레탄 물질 전체에 걸쳐 본질적으로 고르고 균일하게 분포된다.

실시양태에서, 이봉 분포의 복수의 액체-충전된 포로겐(602)의 포로겐 평균 직경은 도 6a에 도시된 바와 같이, 대략 1:1일 수 있다. 개념을 더 양호하게 설명하기 위해서, 도 6b는 본 발명의 실시양태에 따른, 도 6a의 연마 패드에서 좁은 분포의 포로겐 평균 직경에 대한 포로겐 평균 직경의 함수로서의 모집단의 플롯(620)을 도시한다. 도 6c는 본 발명의 실시양태에 따른, 도 6a의 연마 패드에서 넓은 분포의 세공 직경에 대한 포로겐 평균 직경의 함수로서의 모집단의 플롯(630)을 도시한다.

도 6b의 플롯(620)을 참고하면, 한 실시양태에서, 포로겐 평균 직경의 분포는 좁다. 구체적인 실시양태에서, 큰 평균 직경 모드(606)의 모집단은 작은 평균 직경 모드(604)의 모집단과 본질적으로 중첩되지 않는다. 그러나, 도 6c의 플롯(630)을 참고하면, 또 다른 실시양태에서, 포로겐 평균 직경 분포는 넓다. 구체적인 실시양태에서, 큰 평균 직경 모드(606)의 모집단은 작은 평균 직경 모드(604)의 모집단과 중첩된다. 이봉 분포의 포로겐 평균 직경은 도 6a 내지 도 6c와 관련하여 상기에 기술된 바와 같이 1:1일 필요는 없다는 것을 인지해야 한다. 또한, 이봉 분포의 포로겐 평균 직경은 균일할 필요는 없다. 예를 들어, 한 실시양태에서, 다봉 분포의 액체-충전된 포로겐의 평균 직경은 홈이 있는 제1 표면으로부터 편평한 제2 표면으로 구배되면서 열경화성 폴리우레탄 물질 전체에서 등급화(graded)된다. 구체적인 그러한 실시양태에서, 등급화된 다봉 분포의 평균 직경은 홈이 있는 제1 표면에 근접한 작은 평균 직경 모드 및 편평한 제2 표면에 근접한 큰 평균 직경 모드를 포함하는 이봉 분포의 평균 직경이다.

실시양태에서, 본원에 기술된 연마 패드, 예컨대 연마 패드(100, 200A, 200B, 300, 422, 500 또는 600), 또는 상기에 기술된 그의 변형체는 기판의 연마에 적합하다. 기판은 반도체 제조 산업에서 사용되는 것, 예컨대 규소 기판 상에 배치된 장치 또는 다른 층을 갖는 규소 기판일 수 있다. 그러나, 기판은 MEMS 장치용 기판, 레티클(reticle)용 기판, 또는 태양광 모듈용 기판과 같은 것일 수 있지만, 그에 제한되는 것은 아니다. 따라서, 본원에서 사용되는 바와 같이 "기판을 연마하기 위한 연마 패드"에 대한 언급은 이러한 가능성, 및 관련된 가능성을 포함하려는 의도이다.

본원에 기술된 연마 패드, 예컨대 연마 패드(100, 200A, 200B, 300, 422, 500 또는 600), 또는 상기에 기술된 그의 변형체는 열경화성 폴리우레탄 물질의 균질한 연마 본체로 구성될 수 있다. 실시양태에서, 균질한 연마 본체는 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성된다. 실시양태에서, 용어 "균질한"은 열경화성 폴리우레탄 물질의 조성이 포로겐 분포에 관계없이 연마 본체의 전체 조성물 전체에서 일관된 것을 나타내는 데 사용된다. 예를 들어, 실시양태에서, 용어 "균질한"은 예를 들어 상이한 물질의 다수의 층의 조성물 (복합물) 또는 함침된 펠트로 구성된 연마 패드를 배제한다. 실시양태에서, 용어 "열경화성"은 비가역적으로 경화시킨 중합체 물질, 예를 들어, 전구체를 경화에 의해서 불용해성의 불용성 중합체 네트워크로 비가역적으로 물질 변화시킨 중합체 물질을 나타내는 데 사용된다. 예를 들어, 실시양태에서, 용어 "열경화성"은 예를 들어, "열가소성" 물질 또는 "열가소성 물질"로 구성된 연마 패드를 배제하는데, 그러한 물질은 가열될 때 액체로 변하고, 충분히 냉각될 때 상당히 유리질인 상태로 되돌아가는 중합체로 구성된 물질이다. 열경화성 물질로부터 제조된 연마 패드는 전형적으로 반응하여 화학 반응에서 중합체를 형성하는 더 낮은 분자량의 전구체로부터 제조되는 반면, 열가소성 물질로부터 제조된 패드는 미리 존재하는 중합체를 가열하여 상 변화를 유발하여 연마 패드가 물리적인 방법으로 형성되도록 함으로써 전형적으로 제조된다. 폴리우레탄 열경화성 중합체는 그의 안정한 열 특성 및 기계 특성, 화학 환경에 대한 내성 및 내마모성에 대한 경향성을 기초로 본원에 기술된 연마 패드의 제조를 위해서 선택될 수 있다.

실시양태에서, 균질한 연마 본체는 컨디셔닝 및/또는 연마 시 대략 1 내지 5 마이크로미터 범위의 제곱평균제곱근의 연마 표면 조도를 갖는다. 한 실시양태에서, 균질한 연마 본체는 컨디셔닝 및/또는 연마 시 대략 2.35 마이크로미터의 제곱평균제곱근의 연마 표면 조도를 갖는다. 실시양태에서, 균질한 연마 본체는 25℃에서 대략 30 내지 120 메가파스칼 (MPa) 범위의 저장 탄성률을 갖는다. 또 다른 실시양태에서, 균질한 연마 본체는 25℃에서 대략 30 메가파스칼 (MPa) 미만의 저장 탄성률을 갖는다. 한 실시양태에서, 균질한 연마 본체는 대략 2.5%의 압축률을 갖는다.

실시양태에서, 본원에 기술된 연마 패드, 예컨대 연마 패드(100, 200A, 200B, 300, 422, 500 또는 600), 또는 상기에 기술된 그의 변형체는 성형된 균질한 연마 본체를 포함한다. 용어 "성형된"은 균질한 연마 본체가 도 4a 내지 도 4d와 관련하여 상기에 보다 상세히 기술된 바와 같이, 성형 금형 내에서 형성된 것을 나타내는 데 사용된다. 다른 실시양태에서, 대신에 캐스팅 방법을 사용하여 연마 패드, 예컨대 상기에 기술된 것을 제조할 수 있음을 이해해야 한다.

실시양태에서, 균질한 연마 본체는 불투명하다. 일 실시양태에서, 용어 "불투명"은 대략 10% 이하의 가시광을 통과시키는 물질을 나타내는 데 사용된다. 한 실시양태에서, 균질한 연마 본체는 균질한 연마 본체의 균질한 열경화성 폴리우레탄 물질 (예를 들어, 그 중의 추가 성분으로서) 전체에 걸쳐 불투명화 충전제를 포함시킴으로써 대부분 또는 완전히 불투명하다. 구체적인 실시양태에서, 불투명화 충전제는 질화붕소, 플루오린화세륨, 흑연, 플루오린화흑연, 황화몰리브데넘, 황화니오븀, 탈크, 황화탄탈럼, 이황화텅스텐 또는 테플론과 같은 물질이지만, 그에 제한되는 것은 아니다.

연마 패드, 예컨대 패드 (100, 200A, 200B, 300, 422, 500 또는 600)의 크기 조절은 응용에 따라서 달라질 수 있다. 그럼에도 불구하고, 특정 파라미터를 사용하여 종래의 가공 장비 또는 심지어는 종래의 화학적 기계적 가공 작업과 상용성인 연마 패드를 제조할 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 실시양태에 따라서, 연마 패드는 대략 0.075 인치 내지 0.130 인치 범위, 예를 들어 대략 1.9 내지 3.3 밀리미터 범위의 두께를 갖는다. 한 실시양태에서, 연마 패드는 대략 20 인치 내지 30.3 인치 범위, 예를 들어 대략 50 내지 77 센티미터 범위, 가능하게는 대략 10 인치 내지 42 인치 범위, 예를 들어 대략 25 내지 107 센티미터 범위의 직경을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시양태에서, 본원에 기술된 연마 패드는 연마 패드 내에 배치된 국지 투명성(local area transparency) (LAT) 영역을 추가로 포함한다. 실시양태에서, LAT 영역은 연마 패드 내에 배치되고, 연마 패드와 공유 결합된다. 적합한 LAT 영역의 예는 넥스플래너 코퍼레이션(NexPlanar Corporation)에게 양도되고, 2010년 1월 13일자로 출원된 미국 특허 출원 12/657,135 및 넥스플래너 코퍼레이션에게 양도되고, 2010년 9월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 12/895,465에 기술되어 있다.

대안적인 실시양태 또는 추가 실시양태에서, 연마 패드는 연마 표면 및 연마 본체 내에 배치된 구멍(aperture)을 추가로 포함한다. 구멍은 예를 들어, 연마 공구의 플래튼 내에 포함된 검출 장치를 수용할 수 있다. 접착제 시트가 연마 본체의 후방 표면 상에 배치된다. 접착제 시트는 연마 본체의 후방 표면에서 구멍을 위한 불침투성 시일(seal)을 제공한다. 적합한 구멍의 예는 넥스플래너 코퍼레이션에게 양도되고, 2011년 7월 15일자로 출원된 미국 특허 출원 13/184,395에 기술되어 있다.

또 다른 실시양태에서, 연마 패드는 예를 들어, 와전류 검출 시스템과 함께 사용하기 위한 검출 영역을 추가로 포함한다. 적합한 와전류 검출 영역의 예는 넥스플래너 코퍼레이션에게 양도되고, 2010년 9월 30일자로 출원된 미국 특허 출원 12/895,465에 기술되어 있다.

본원에 기술된 연마 패드, 예컨대 연마 패드(100, 200A, 200B, 300, 422, 500 또는 600), 또는 상기에 기술된 그의 변형체는 연마 본체의 후방 표면 상에 배치된 기반 층(foundation layer)을 추가로 포함할 수 있다. 그러한 한 실시양태에서, 결과는 연마 표면의 물질과 상이한 벌크 물질 또는 기반 물질을 갖는 연마 패드이다. 한 실시양태에서, 복합 연마 패드는 안정하고, 본질적으로 비압축성인 불활성 물질로부터 제조된 기반 층 또는 벌크 층을 포함하는데, 그 상에 연마 표면 층이 배치된다. 더 경질인 기반 층은 패드 온전성을 위해서 지지 및 강도를 제공할 수 있는 반면, 더 연질인 연마 표면 층은 스크래칭을 감소시켜서, 연마 층의 물질 특성과 연마 패드의 나머지 부분의 물질 특성의 탈커플링을 가능하게 할 수 있다. 적합한 기반 층의 예는 넥스플래너 코퍼레이션에게 양도되고, 2011년 11월 29일자로 출원된 미국 특허 출원 13/306,845에 기술되어 있다.

본원에 기술된 연마 패드, 예컨대 연마 패드(100, 200A, 200B, 300, 422, 500 또는 600), 또는 상기에 기술된 그의 변형체는 연마 본체의 후방 표면 상에 배치된 서브 패드, 예를 들어 CMP 분야에서 공지된 바와 같은 종래의 서브 패드를 추가로 포함할 수 있다. 그러한 한 실시양태에서, 서브 패드는 발포체, 고무, 섬유, 펠트 또는 상당히 다공성인 물질과 같은 물질로 구성되지만, 그에 제한되는 것은 아니다.

다시 도 4d를 참고하면, 설명을 위한 기초로서, 연마 패드, 예컨대 본원에 기술된 것 내에 형성된 홈 패턴의 개별 홈은 각각의 홈 상의 임의의 주어진 지점에서 깊이가 약 4 내지 약 100 mil일 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈은 각각의 홈 상의 임의의 주어진 지점에서 깊이가 약 10 내지 약 50 mil이다. 홈은 균일한 깊이, 변동이 있는 깊이 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈은 전부 균일한 깊이를 갖는다. 예를 들어, 홈 패턴의 홈은 전부 동일한 깊이를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈 패턴의 홈 중 일부는 특정 균일한 깊이를 가질 수 있지만, 동일한 패턴 중 다른 홈은 상이한 균일한 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 홈 깊이는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 증가할 수 있다. 일부 실시양태에서, 그러나, 홈 깊이는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 감소한다. 일부 실시양태에서, 균일한 깊이의 홈이 변동이 있는 깊이의 홈과 교호한다.

연마 패드, 예컨대 본원에 기술된 것 내에 형성된 홈 패턴의 개별 홈은 각각의 홈 상의 임의의 주어진 지점에서 폭이 약 2 내지 약 100 mil일 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈은 각각의 홈 상의 임의의 주어진 지점에서 폭이 약 15 내지 약 50 mil이다. 홈은 균일한 폭, 변동이 있는 폭 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈은 전부 균일한 폭을 갖는다. 일부 실시양태에서, 그러나, 동심의 홈 중 일부는 특정 균일한 폭을 갖지만, 동일한 패턴의 다른 홈은 상이한 균일한 폭을 갖는다. 일부 실시양태에서, 홈 폭은 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 증가한다. 일부 실시양태에서, 홈 폭은 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 감소한다. 일부 실시양태에서, 균일한 폭의 홈이 변동이 있는 폭의 홈과 교호한다.

이미 기술된 깊이 및 폭 치수에 따라서, 연마 패드 내의 구멍 위치 또는 구멍 위치 근처의 홈을 비롯한, 본원에 기술된 홈 패턴의 개별 홈은 균일한 부피, 변동이 있는 부피, 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈은 전부 균일한 부피를 갖는다. 일부 실시양태에서, 그러나, 홈 부피는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 증가한다. 일부 다른 실시양태에서, 홈 부피는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 감소한다. 일부 실시양태에서, 균일한 부피의 홈이 변동이 있는 부피의 홈과 교호한다.

본원에 기술된 홈 패턴의 홈은 약 30 내지 약 1000 mil의 피치를 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈은 약 125 mil의 피치를 갖는다. 원형 연마 패드의 경우, 홈 피치는 원형 연마 패드의 반경을 따라서 측정된다. CMP 벨트에서, 홈 피치는 CMP 벨트의 중심으로부터 CMP 벨트의 모서리까지 측정된다. 홈은 균일한 피치, 변동이 있는 피치 또는 그의 임의의 조합을 가질 수 있다. 일부 실시양태에서, 홈은 전부 균일한 피치를 갖는다. 일부 실시양태에서, 그러나, 홈 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 증가한다. 일부 다른 실시양태에서, 홈 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 감소한다. 일부 실시양태에서, 한 섹터에서의 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 변하지만, 인접한 섹터에서의 홈의 피치는 균일하게 유지된다. 일부 실시양태에서, 한 섹터에서의 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 증가하지만, 인접한 섹터에서의 홈의 피치는 상이한 비율로 증가한다. 일부 실시양태에서, 한 섹터에서의 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 증가하지만, 인접한 섹터에서의 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터의 거리 증가에 따라서 감소한다. 일부 실시양태에서, 균일한 피치의 홈이 변동이 있는 피치의 홈과 교호한다. 일부 실시양태에서, 균일한 피치의 홈의 섹터가 변동이 있는 피치의 홈의 섹터와 교호한다.

본원에 기술된 연마 패드는 다양한 화학적 기계적 연마 장치와 함께 사용하기에 적합할 수 있다. 예로서, 도 7은 본 발명의 실시양태에 따른, 연마 패드와 상용성인 연마 장치의 등각 투영 측면도를 도시한다.

도 7을 참고하면, 연마 장치(700)는 플래튼(704)을 포함한다. 플래튼(704)의 상부 표면(702)은 연마 패드(799), 예컨대 연마 패드(100, 200A, 200B, 300, 422, 500 또는 600) 또는 상기에 기술된 바와 같은 그의 변형체를 지지하는 데 사용될 수 있다. 플래튼(704)은 스핀들 회전(706) 및 슬라이더 진동(708)을 제공하도록 구성될 수 있다. 샘플 캐리어(710)를 사용하여 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 연마 패드로 연마하는 동안 반도체 웨이퍼(711)를 제자리에 보유시킨다. 샘플 캐리어(710)는 서스펜션 메커니즘(712)에 의해서 추가로 지지된다. 반도체 웨이퍼의 연마 전에 그리고 연마 동안에 연마 패드(799)의 표면에 슬러리를 제공하기 위한 슬러리 공급부(714)가 포함된다. 컨디셔닝 유닛(790)이 또한 포함될 수 있고, 한 실시양태에서, 그것은 연마 패드(799)를 컨디셔닝하기 위한 다이아몬드 팁을 포함한다. 실시양태에서, 도 1c와 관련하여 기술된 바와 같이, 컨디셔닝 유닛(790)은 연마 패드(799)의 액체-충전된 포로겐을 개방시키기 위해서 사용된다.

따라서, 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드, 및 액체 충전제를 갖는 포로겐을 갖는 연마 패드의 제조 방법이 개시되어 있다. 본 발명의 실시양태에 따라서, 기판을 연마하기 위한 연마 패드는 중합체 매트릭스 및 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 갖는 연마 본체를 포함한다. 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 갖는다. 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖거나 또는 물보다 낮은 밀도를 갖거나 또는 둘 모두이다.

Claims

중합체 매트릭스 및 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체를 포함하며, 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 포함하고, 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖는 것인, 기판을 연마하기 위한 연마 패드.
제1항에 있어서, 복수의 포로겐 각각의 쉘이 중합체 쉘이고, 액체 충전제가 n-펜탄, 이소-펜탄, 부탄, 및 이소-부탄으로 이루어진 군으로부터 선택된 것인 연마 패드.
제2항에 있어서, 중합체 쉘이 블록 공중합체, 폴리비닐리딘 클로라이드, 아크릴 물질, 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체의 중합체 매트릭스가 열경화성 폴리우레탄 물질을 포함하는 것인 연마 패드.
제1항에 있어서, 복수의 포로겐 중 적어도 일부가 붕괴된-구체 형상을 갖는 것인 연마 패드.
제4항에 있어서, 붕괴된-구체 형상이 대략 6 내지 40 마이크로미터 범위의 평균 직경을 갖는 것인 연마 패드.
제1항에 있어서, 중합체 매트릭스 및 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체가 총 부피를 가지며, 복수의 포로겐이 총 부피의 대략 20% 내지 대략 50%를 차지하는 것인 연마 패드.
제1항에 있어서, 중합체 매트릭스 및 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체가 대략 0.8 g/cm³를 초과하는 총 밀도를 갖는 것인 연마 패드.
제7항에 있어서, 중합체 매트릭스 및 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체가 대략 1 g/cm³를 초과하는 총 밀도를 갖는 것인 연마 패드.
제1항에 있어서, 복수의 포로겐이 다봉(multi-modal) 부피 분포를 갖는 것인 연마 패드.
제10항에 있어서, 다봉 부피 분포가 등급화된 분포인 연마 패드.
제1항에 있어서, 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 제2의 복수의 포로겐을 추가로 포함하고, 제2의 복수의 포로겐 각각은 기체 충전제를 갖는 쉘을 포함하는 것인 연마 패드.
제12항에 있어서, 복수의 포로겐은 총합이 연마 패드의 10 내지 40 중량%이고, 제2의 복수의 포로겐은 총합이 연마 패드의 대략 5 중량% 미만인 연마 패드.
제1항에 있어서, 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 제2의 복수의 포로겐을 추가로 포함하고, 제2의 복수의 포로겐 각각은 기체 충전제를 갖는 무쉘(shell-less) 포로겐인 연마 패드.
제1항에 있어서, 복수의 포로겐 각각의 액체 충전제가 1 atm의 압력에서 40℃ 미만의 비점을 갖는 것인 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체가
홈이 있는 제1 표면; 및
제1 표면 반대편의 편평한 제2 표면
을 추가로 포함하는 것인 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체가 성형된 연마 본체인 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포된 불투명화 충전제를 추가로 포함하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체의 후방 표면 상에 배치된 기반 층을 추가로 포함하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체의 후방 표면 내에 배치된 검출 영역을 추가로 포함하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체의 후방 표면 상에 배치된 서브 패드를 추가로 포함하는 연마 패드.
제1항에 있어서, 연마 본체 내에 배치된 국지 투명성(local area transparency) (LAT) 영역을 추가로 포함하는 연마 패드.
중합체 매트릭스 및 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체를 포함하며, 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 포함하고, 액체 충전제는 물보다 낮은 밀도를 갖는 것인, 기판을 연마하기 위한 연마 패드.
제23항에 있어서, 액체 충전제가 대략 0.7 g/cm³ 미만의 밀도를 갖는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 복수의 포로겐 각각의 쉘이 중합체 쉘이고, 액체 충전제가 7개 이상의 탄소 원자를 갖는 탄화수소 분자인 연마 패드.
제25항에 있어서, 중합체 쉘이 블록 공중합체, 폴리비닐리딘 클로라이드, 아크릴 물질, 및 아크릴로니트릴로 이루어진 군으로부터 선택된 물질을 포함하는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체의 중합체 매트릭스가 열경화성 폴리우레탄 물질을 포함하는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 복수의 포로겐 중 적어도 일부가 붕괴된-구체 형상을 갖는 것인 연마 패드.
제28항에 있어서, 붕괴된-구체 형상이 대략 6 내지 40 마이크로미터 범위의 평균 직경을 갖는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 중합체 매트릭스 및 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체가 총 부피를 가지며, 복수의 포로겐이 총 부피의 대략 20% 내지 대략 50%를 차지하는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 중합체 매트릭스 및 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체가 대략 0.8 g/cm³를 초과하는 총 밀도를 갖는 것인 연마 패드.
제31항에 있어서, 중합체 매트릭스 및 복수의 포로겐을 포함하는 연마 본체가 대략 1 g/cm³를 초과하는 총 밀도를 갖는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 복수의 포로겐이 다봉 부피 분포를 갖는 것인 연마 패드.
제33항에 있어서, 다봉 부피 분포가 등급화된 분포인 연마 패드.
제23항에 있어서, 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 제2의 복수의 포로겐을 추가로 포함하고, 제2의 복수의 포로겐 각각은 기체 충전제를 갖는 쉘을 포함하는 것인 연마 패드.
제35항에 있어서, 복수의 포로겐은 총합이 연마 패드의 10 내지 40 중량%이고, 제2의 복수의 포로겐은 총합이 연마 패드의 대략 5 중량% 미만인 연마 패드.
제23항에 있어서, 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 제2의 복수의 포로겐을 추가로 포함하고, 제2의 복수의 포로겐 각각은 기체 충전제를 갖는 무쉘 포로겐인 연마 패드.
제23항에 있어서, 복수의 포로겐 각각의 액체 충전제가 1 atm의 압력에서 40℃ 미만의 비점을 갖는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체가
홈이 있는 제1 표면; 및
제1 표면 반대편의 편평한 제2 표면
을 추가로 포함하는 것인 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체가 성형된 연마 본체인 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체 전체에 걸쳐 대략 고르게 분포된 불투명화 충전제를 추가로 포함하는 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체의 후방 표면 상에 배치된 기반 층을 추가로 포함하는 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체의 후방 표면 내에 배치된 검출 영역을 추가로 포함하는 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체의 후방 표면 상에 배치된 서브 패드를 추가로 포함하는 연마 패드.
제23항에 있어서, 연마 본체 내에 배치된 국지 투명성 (LAT) 영역을 추가로 포함하는 연마 패드.
예비중합체 및 경화제를 복수의 포로겐과 혼합하여 혼합물을 형성하고, 여기서 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 포함하고, 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖거나 또는 물보다 낮은 밀도를 갖거나 또는 둘 모두인 단계; 및
혼합물을 경화시켜 연마 본체의 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 갖는 연마 본체를 포함하는 연마 패드를 제공하고, 여기서 경화는 복수의 포로겐 각각을 실질적으로 팽창시키지 않는 것인 단계
를 포함하는 연마 패드의 제조 방법.
제46항에 있어서, 혼합물을 경화시켜 연마 패드를 제공하는 단계가 혼합물을 성형 금형 내에서 경화시켜 성형된 연마 패드를 제공하는 것을 포함하는 것인 방법.
제47항에 있어서, 성형 금형 내에서의 경화가 연마 본체의 연마 표면 내에 홈 패턴을 형성하는 것을 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 혼합물의 경화 단계가 혼합물을 복수의 포로겐의 팽창 온도보다 낮은 온도로 가열하는 것을 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 혼합물의 경화 단계가 연마 본체의 열경화성 폴리우레탄 중합체 매트릭스를 형성하는 것인 방법.
제50항에 있어서, 예비중합체 및 경화제의 혼합 단계가 이소시아네이트 및 방향족 디아민 화합물 각각을 혼합하는 것을 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 혼합 단계가 예비중합체 및 경화제에 또는 그것으로부터 형성된 생성물에 기체를 주입하는 것을 추가로 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 예비중합체가 이소시아네이트이고, 혼합 단계가 예비중합체에 물을 첨가하는 것을 추가로 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 혼합 단계가 예비중합체, 경화제 및 복수의 포로겐을 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산되는 제2의 복수의 포로겐과 혼합하는 것을 추가로 포함하고, 제2의 복수의 포로겐 각각은 기체 충전제를 갖는 쉘을 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 복수의 포로겐 각각이 붕괴된-구체 형상을 가지며, 경화 단계가 복수의 포로겐 각각의 붕괴된-구체 형상을 실질적으로 개질하지 않는 것인 방법.
제46항에 있어서, 복수의 포로겐 각각이 대략 6 내지 40 마이크로미터 범위의 평균 직경을 가지며, 경화 단계가 복수의 포로겐 각각의 평균 직경을 실질적으로 증가시키지 않는 것인 방법.
제46항에 있어서, 혼합 단계가 예비중합체 및 경화제에 불투명화 충전제를 첨가하는 것을 추가로 포함하는 것인 방법.
제46항에 있어서, 경화 단계 이후에, 연마 패드를 오븐에서 가열하고, 여기서 가열은 복수의 포로겐 각각을 실질적으로 팽창시키지 않는 것인 단계를 추가로 포함하는 방법.
연마 패드를 플래튼 상에 제공하고, 여기서 연마 패드는 연마 패드의 연마 본체의 중합체 매트릭스 전체에 걸쳐 분산된 복수의 포로겐을 포함하고, 복수의 포로겐 각각은 액체 충전제를 갖는 쉘을 포함하고, 액체 충전제는 1 atm의 압력에서 100℃ 미만의 비점을 갖거나 또는 물보다 낮은 밀도를 갖거나 또는 둘 모두인 단계;
연마 패드를 컨디셔닝하고, 여기서 컨디셔닝은 연마 패드의 연마 본체의 복수의 포로겐의 최상부 부분을 파괴하여 연마 패드의 연마 표면을 제공하는 것인 단계;
연마 패드의 연마 표면 상에 슬러리를 적용하는 단계; 및
연마 패드의 연마 표면 상의 슬러리를 이용해 기판을 연마하는 단계
를 포함하는 기판의 연마 방법.
제59항에 있어서, 복수의 포로겐의 최상부 부분을 파괴하는 단계가 액체 충전제의 휘발에 의해서 복수의 포로겐의 최상부 부분 각각의 액체 충전제의 적어도 일부를 방출시키는 것을 포함하는 것인 방법.
제59항에 있어서, 연마 패드의 연마 표면 상에 슬러리를 적용하는 단계가 복수의 포로겐의 최상부 부분 각각으로부터의 액체 충전제의 적어도 일부를 슬러리로 대체하는 것을 포함하는 것인 방법.
제59항에 있어서, 복수의 포로겐의 최상부 부분을 파괴하는 단계가 연마 패드의 연마 표면에 복수의 세공을 제공하는 것을 포함하는 것인 방법.
제62항에 있어서, 연마 패드의 연마 표면에 복수의 세공을 제공하는 것이 연마 패드의 고유 능력을 이송(transport) 슬러리에 제공하는 것인 방법.
제59항에 있어서, 복수의 포로겐의 최상부 부분을 파괴하는 단계가 연마 패드의 연마 본체의 남아있는 아래에 놓인 부분보다 더 낮은 밀도 및 더 낮은 경도를 갖는 연마 표면을 제공하는 것인 방법.
제59항에 있어서, 복수의 포로겐의 최상부 부분을 파괴하는 단계가 연마 패드의 최상부 부분을 패드 컨디셔닝 공구로 절단하는 것을 포함하는 것인 방법.