KR20170071558A - 애디티브 제조 프로세스에 의해 제조되는 폴리싱 패드들 - Google Patents

Abstract

본 개시내용의 실시예들은 튜닝가능한 화학, 재료 및 구조 특성들을 갖는 진보된 폴리싱 패드들, 및 이러한 폴리싱 패드들을 제조하는 새로운 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따르면, 개선된 특성들을 갖는 폴리싱 패드가 3차원(3D) 프린팅 프로세스와 같은 애디티브 제조 프로세스에 의해 제조될 수 있다고 발견되었다. 따라서, 본 개시내용의 실시예들은, 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 반응성 희석제, 및 경화제를 포함하는 적어도 2가지 상이한 재료로 형성된 불연속 피쳐들 및 기하형상들을 갖는 진보된 폴리싱 패드를 제공할 수 있다. 예를 들어, 진보된 폴리싱 패드는, 적어도 하나의 수지 프리커서 조성물의 자동화된 순차적인 퇴적과, 그에 후속하는 적어도 하나의 경화 단계에 의해, 복수의 폴리머 층으로 형성될 수 있고, 여기서 각각의 층은 적어도 하나의 폴리머 조성물, 및/또는 상이한 조성물들의 영역들을 표현할 수 있다.

Description

애디티브 제조 프로세스에 의해 제조되는 폴리싱 패드들{POLISHING PADS PRODUCED BY AN ADDITIVE MANUFACTURING PROCESS}

본 명세서에 개시된 실시예들은 일반적으로 폴리싱 제품들(polishing articles), 및 폴리싱 프로세스들에서 이용되는 폴리싱 제품들을 제조하기 위한 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로는, 본 명세서에 개시된 실시예들은 튜닝가능한 성능(tunable performance)을 포함하여 개선된 폴리싱 패드 특성 및 성능을 산출하는 프로세스들에 의해 제조되는 폴리싱 패드들에 관한 것이다.

화학 기계적 폴리싱(CMP)은 기판들의 표면들을 평탄화하기 위해 많은 상이한 산업들에서 이용되어온 종래의 프로세스이다. 반도체 산업에서, 디바이스 피쳐 크기들이 계속해서 감소함에 따라, 폴리싱 및 평탄화의 균일성은 점점 더 중요해져 왔다. CMP 프로세스 동안, 실리콘 웨이퍼와 같은 기판은 디바이스 표면이 회전 폴리싱 패드에 대하여 배치된 상태로 캐리어 헤드 상에 장착된다. 캐리어 헤드는 폴리싱 패드에 대하여 디바이스 표면을 푸시하기 위해 기판 상에 제어가능한 부하를 제공한다. 연마 입자들(abrasive particles)을 갖는 슬러리와 같은 폴리싱 액체는 전형적으로 이동하는 폴리싱 패드 및 폴리싱 헤드의 표면에 공급된다. 폴리싱 패드 및 폴리싱 헤드는 기판에 기계적 에너지를 인가하는 한편, 이 패드는 또한 폴리싱 프로세스 동안 기판과 상호작용하는 슬러리의 이송을 제어하는 것을 돕는다. 폴리싱 패드들은 전형적으로 점탄성 폴리머 재료(viscoelastic polymeric materials)로 이루어지기 때문에, 폴리싱 패드의 기계적 특성들(예를 들어, 탄성, 반발(rebound), 경도(hardness), 및 강성도(stiffness)), 및 CMP 처리 조건들은 IC 다이 레벨(마이크로스코픽(microscopic)/나노스코픽(nanoscopic)) 및 웨이퍼 또는 전역적 레벨(매크로스코픽(macroscopic)) 둘 다에서 CMP 폴리싱 성능에 상당한 영향을 미친다. 예를 들어, 처리 동안의 패드 압축, 패드 반발, 마찰, 및 온도 변화와 같은 CMP 프로세스의 힘들 및 조건들과, 연마 수성 슬러리 화학물질들(abrasive aqueous slurry chemistries)은 폴리싱 패드 특성들에 영향을 미칠 것이고, 따라서 CMP 성능에도 영향을 미칠 것이다.

폴리싱 시스템에서 수행되는 화학 기계적 폴리싱 프로세스들은 전형적으로 전체 폴리싱 프로세스의 상이한 부분들을 수행하는 복수의 폴리싱 패드를 포함할 것이다. 폴리싱 시스템은 제1 플래튼 상에 배치되는 제1 폴리싱 패드를 전형적으로 포함하고, 이는 기판의 표면 상에 제1 표면 마감(surface finish)과 제1 평탄도(flatness) 및 제1 재료 제거율을 생성한다. 제1 폴리싱 단계는 전형적으로 대략 폴리싱 단계(rough polish step)로서 알려져 있고, 일반적으로 높은 폴리싱 속도로 수행된다. 전형적으로, 이 시스템은 적어도 추가적인 플래튼 상에 배치되는 적어도 하나의 추가적인 폴리싱 패드를 또한 포함할 것이고, 이는 기판의 표면 상에 제2 표면 마감과 평탄도 및 제2 재료 제거율을 생성한다. 제2 폴리싱 단계는 전형적으로 미세 폴리싱 단계(fine polish step)로서 알려져 있고, 이는 일반적으로 대략 폴리싱 단계보다 느린 속도로 수행된다. 일부 구성들에서, 이 시스템은 제3 플래튼 상에 배치되는 제3 폴리싱 패드를 또한 포함할 수 있고, 이는 기판의 표면 상에 제3 표면 마감과 평탄도 및 제3 제거율을 생성한다. 제3 폴리싱 단계는 전형적으로 재료 제거(material clearing) 또는 버핑(buffing) 단계로서 알려져 있다. 다중 패드 폴리싱 프로세스는 다단계 프로세스에서 이용될 수 있는데, 여기서 패드들은 상이한 폴리싱 특성들을 갖고, 기판들은 점진적으로 더 미세한 폴리싱을 겪거나, 또는 폴리싱 특성들은 폴리싱 동안 만나게 되는 상이한 층들, 예를 들어 산화물 표면 하부의 금속 라인들을 보상하도록 조정된다.

CMP 처리 단계들 각각 동안, 폴리싱 패드는 압축 및 반발 사이클들, 가열 및 냉각 사이클들, 및 연마 슬러리 화학물질들에 노출된다. 궁극적으로, 폴리싱 패드는 특정 개수의 기판들을 폴리싱한 후에 마모되거나 "글레이징되고(glazed)", 다음에 교체되거나 리컨디셔닝될(reconditioned) 필요가 있다.

종래의 폴리싱 패드는 전형적으로 폴리우레탄 재료들을 포함하는 폴리머 재료들을 성형, 캐스팅 또는 소결함으로써 제조된다. 성형의 경우에, 폴리싱 패드들은 예를 들어 사출 성형에 의해 한번에 하나씩 제조될 수 있다. 캐스팅의 경우에, 액체 프리커서가 캐스팅되어 케이크로 경화되는데, 이 케이크는 후속하여 개별적인 패드 조각들로 슬라이싱된다. 다음에, 이러한 패드 조각들은 최종 두께로 기계가공될 수 있다. 슬러리 이송을 돕는 홈들을 포함하는 패드 표면 피쳐들이 사출 성형 프로세스의 일부로서 형성되거나 또는 폴리싱 표면 내로 기계가공될 수 있다. 이러한 폴리싱 패드들을 제조하는 방법들은 고비용이 소요되며 시간 소모적이고, 종종 패드 표면 피쳐 치수들의 생성 및 제어에서의 어려움들로 인해 불균일한 폴리싱 결과들을 산출한다. IC 다이들 및 피쳐들의 치수들이 계속해서 축소함에 따라, 불균일성은 점점 더 중요해져 왔다.

현재의 패드 재료들 및 이러한 패드 재료들을 제조하는 방법들은 패드 성능에 있어서 중대한 역할을 하는 저장 탄성률(storage modulus)(E') 및 손실 탄성률(loss modulus)(E")과 같은 조작 및 미세 제어 벌크 패드 특성들을 제한한다. 그러므로, 균일한 CMP는, 예를 들어 약 30℃ 내지 약 90℃의 CMP 처리 온도 범위에 걸쳐 추가로 유지되는 저장 탄성률(E') 및 손실 탄성률(E")의 예측가능하고 미세하게 제어되는 밸런스를 갖는 패드 재료 및 표면 피쳐들, 예컨대 홈들 및 채널들을 요구한다. 불행하게도, 전통적인 벌크 중합 및 캐스팅 및 성형 기술들을 통한 종래의 패드 제조는 약간의 패드 특성(예를 들어, 탄성률) 제어를 제공할 뿐인데, 왜냐하면 패드는 분자내 척력과 인력 및 가변적인 폴리머 사슬 얽힘(variable polymer chain entanglement)을 겪는 상 분리된 거대분자 도메인들(phase separated macromolecular domains)의 랜덤 혼합물이기 때문이다. 예를 들어, 벌크 패드에서의 상 분리된 마이크로스코픽 및 매크로스코픽 구조 도메인들의 존재는, 기판들의 배치들(batches)의 CMP 처리 동안 전형적으로 발생하는 복수의 가열 및 냉각 사이클에 걸친 저장 탄성률 E'에서의 히스테리시스와 같은 비선형 재료 응답들의 애디티브 조합을 산출할 수 있고, 이는 기판들의 배치에 걸쳐 폴리싱 불균일성들 및 예측불가능한 성능을 초래할 수 있다.

종래의 폴리싱 패드들 및 그들의 제조 방법들과 연관된 결점들 때문에, 패드 피쳐 기하형상의 제어, 및 패드의 재료, 화학적 및 물리적 특성들의 미세 제어를 제공하는 새로운 폴리싱 패드 재료들, 및 폴리싱 패드들을 제조하는 새로운 방법들이 필요하다. 이러한 개선들은 마이크로스코픽 레벨 및 매크로스코픽 레벨 둘 다에서, 예컨대 전체 기판에 걸쳐, 개선된 폴리싱 균일성을 산출할 것으로 예상된다.

본 개시내용의 실시예들은 기판의 표면을 폴리싱하도록 구성되는 폴리싱 표면을 갖는 폴리싱 패드를 제공할 수 있는데, 이 폴리싱 패드는 복수의 제1 폴리머 층을 각각 포함하는 복수의 제1 폴리싱 요소 - 복수의 제1 폴리머 층 중 적어도 하나는 폴리싱 표면을 형성함 -; 및 복수의 제2 폴리머 층을 각각 포함하는 하나 이상의 제2 폴리싱 요소를 포함하고, 적어도 하나 이상의 제2 폴리싱 요소 각각의 영역은 복수의 제1 폴리싱 요소 중 적어도 하나와 폴리싱 패드의 지지 표면 사이에 배치된다. 일부 구성들에서, 복수의 제1 폴리머 층은 제1 폴리머 조성물을 포함하고, 복수의 제2 폴리머 층은 제2 폴리머 조성물을 포함한다. 제1 폴리싱 요소는 제1 재료를 포함할 수 있고, 제2 폴리싱 요소는 제2 재료를 포함할 수 있고, 제1 재료는 제1 액적 조성물(droplet composition)로 형성되고, 제2 재료는 제2 액적 조성물로 형성된다. 일부 실시예들에서, 제2 액적 조성물은 제1 액적 조성물보다 더 많은 양의 수지 프리커서 조성물 재료(resin precursor composition material)를 포함할 수 있고, 수지 프리커서 조성물 재료는 약 40℃ 이하의 유리 전이 온도(glass transition temperature)를 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 제1 액적 조성물은 제2 액적 조성물보다 더 많은 양의 올리고머 및 수지 프리커서 조성물 재료를 포함하고, 올리고머 및 수지 프리커서 조성물 재료는 2 이상의 관능가(functionality)를 갖는다. 일부 실시예들에서, 제1 액적 조성물은 2 이상의 관능가를 갖는 올리고머 및 수지 프리커서 조성물 재료를 포함하고, 제2 액적 조성물은 2 이하의 관능가를 갖는 수지 프리커서 조성물 재료를 포함한다.

본 개시내용의 실시예들은 기판의 표면을 폴리싱하도록 구성되는 폴리싱 표면을 갖는 폴리싱 패드를 더 제공할 수 있는데, 이 폴리싱 패드는 제1 폴리머 재료를 포함하는 복수의 제1 폴리머 층을 각각 포함하는 복수의 제1 폴리싱 요소 - 복수의 제1 폴리머 층 중 적어도 하나는 폴리싱 표면을 형성함 -; 및 복수의 제1 폴리싱 요소 중 적어도 하나와 폴리싱 패드의 지지 표면 사이에 배치되는 베이스 영역을 포함하고, 베이스 영역은, 제1 수지 프리커서 조성물 재료의 복수의 경화된 액적(cured droplets) 및 제2 수지 프리커서 조성물 재료의 복수의 경화된 액적을 각각 포함하는 복수의 층을 포함한다.

본 개시내용의 실시예들은 폴리싱 제품을 형성하는 방법을 더 제공할 수 있는데, 이 방법은 폴리싱 바디의 일부의 표면 상에 제1 액체의 제1 액적을 분배하는 단계 - 표면은 제1 액체의 소정 양을 경화함으로써 형성된 제1 재료를 포함함 -; 및 제1 액적 내의 재료를 부분적으로만 경화하기 위해 제1 시간 기간 동안 제1 액체의 분배된 제1 액적을 전자기 복사에 노출시키는 단계를 포함하고, 제1 액체의 분배된 제1 액적을 노출시키는 단계는 제2 시간 기간이 경과한 후에 발생하고, 제2 시간은 제1 액적이 표면 상에 배치될 때에 시작한다. 제1 액적은 우레탄 아크릴레이트, 표면 경화 광개시제(surface cure photoinitiator), 및 벌크 경화 광개시제(bulk cure photoinitiator)를 포함할 수 있고, 벌크 경화 광개시제는 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 아세틸 페논, 알킬 페논, 및 포스핀 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고, 표면 경화 광개시제는 벤조페논 화합물 및 티오크산톤 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함한다.

본 개시내용의 실시예들은 폴리싱 제품을 형성하는 방법을 더 제공할 수 있는데, 이 방법은 폴리싱 바디의 일부의 표면 상에 제1 액체의 소정 양을 분배하는 단계 - 표면은 제1 액체의 소정 양을 경화함으로써 형성된 제1 재료를 포함함 -; 및 제1 액체의 제1 양을 부분적으로만 경화하기 위해 제1 시간 기간 동안 제1 액체의 분배된 제1 양을 소스로부터 발생된 전자기 복사에 노출시키는 단계를 포함하고, 제1 액체의 분배된 제1 양을 노출시키는 단계는 제2 시간 기간이 경과한 후에 발생한다. 이 방법은 폴리싱 바디의 일부의 표면 상에 제2 액체의 소정 양을 분배하는 단계 - 제2 액체의 소정 양은 제1 액체의 소정 양에 인접하여 위치됨 -; 및 제2 액체의 소정 양을 부분적으로만 경화하기 위해 제3 시간 기간 동안 제2 액체의 분배된 양을 소스로부터 발생된 전자기 복사에 노출시키는 단계를 또한 포함할 수 있고, 제1 액체의 소정 양 및 제2 액체의 소정 양은 소스로부터 발생된 전자기 복사에 동시에 노출된다.

본 개시내용의 실시예들은 폴리싱 패드를 형성하는 방법을 더 제공할 수 있는데, 이 방법은 표면 위에 복수의 층을 형성하는 단계를 포함하고, 복수의 층을 형성하는 단계는 표면의 하나 이상의 영역 위에 제1 조성물의 소정 양을 퇴적하는 단계; 표면의 하나 이상의 제2 영역 위에 제2 조성물의 소정 양을 퇴적하는 단계 - 하나 이상의 제1 영역 및 하나 이상의 제2 영역은 복수의 층 중의 각각의 층의 연속 부분을 형성함 -; 및 제1 조성물의 분배된 양 및 제2 조성물의 분배된 양의 일부를 부분적으로만 경화하기 위해 제1 시간 기간 동안 하나 이상의 제1 영역 및 하나 이상의 제2 영역을 소스로부터 발생된 전자기 복사에 노출시키는 단계를 포함한다.

본 개시내용의 실시예들은 폴리싱 제품을 형성하는 방법을 더 제공할 수 있는데, 이 방법은 복수의 우레탄 아크릴레이트 폴리머 층을 형성하는 단계를 포함하고, 복수의 우레탄 아크릴레이트 폴리머 층을 형성하는 단계는 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 제1 프리커서 제제(precursor formulation)가 분배되는 것을 가능하게 하는 제1 점도를 갖는 제1 프리커서 제제를 형성하기 위해, 제1 양의 제1 다관능성 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 제1 양의 제1 단관능성 또는 다관능성 아크릴레이트 모노머, 및 제1 양의 제1 경화제를 혼합하는 단계; 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 제2 프리커서 제제가 분배되는 것을 가능하게 하는 제2 점도를 갖는 제2 프리커서 제제를 형성하기 위해, 제2 양의 제1 다관능성 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 제2 양의 제1 단관능성 또는 다관능성 아크릴레이트 모노머, 및 제2 양의 제1 경화제를 혼합하는 단계; 애디티브 제조 프로세스의 이용에 의해 표면의 제1 영역 상에 제1 프리커서 제제를 분배하는 단계; 애디티브 제조 프로세스의 이용에 의해 표면의 제2 영역 상에 제2 프리커서 제제를 분배하는 단계; 및 제1 프리커서 제제의 제1 양 및 제2 프리커서 제제의 제1 양을 부분적으로만 경화하기 위해 제1 시간 기간 동안 제1 프리커서 제제의 분배된 제1 양 및 제2 프리커서 제제의 분배된 제1 양을 전자기 복사에 노출시키는 단계를 포함한다.

본 개시내용의 실시예들은 폴리싱 제품을 형성하는 방법을 더 제공할 수 있는데, 이 방법은 복수의 우레탄 아크릴레이트 폴리머 층을 형성하는 단계를 포함하며, 복수의 우레탄 아크릴레이트 폴리머 층을 형성하는 단계는 제1 재료 조성물을 포함하는 폴리싱 바디의 표면에 걸쳐 제1 패턴으로 제1 프리커서 제제의 복수의 액적을 분배하는 단계 - 제1 프리커서 제제는 제1 다관능성 우레탄 아크릴레이트 올리고머, 제1 양의 제1 다관능성 아크릴레이트 프리커서, 및 제1 양의 제1 경화제를 포함함 -; 폴리싱 바디의 표면에 걸쳐 제2 패턴으로 제2 프리커서 제제의 복수의 액적을 분배하는 단계 - 제2 프리커서 제제는 제1 다관능성 우레탄 아크릴레이트 올리고머 및/또는 제1 다관능성 아크릴레이트 프리커서를 포함함 -; 및 제1 프리커서 제제의 액적들 및 제2 프리커서 제제의 액적들을 부분적으로만 경화하기 위해 제1 시간 기간 동안 제1 프리커서 제제의 분배된 액적들 및 제2 프리커서 제제의 분배된 액적들을 전자기 복사에 노출시키는 단계를 포함한다.

본 개시내용의 실시예들은 기판의 표면을 폴리싱하도록 구성되는 폴리싱 표면을 갖는 폴리싱 패드를 더 제공할 수 있는데, 이 폴리싱 패드는 제1 폴리머 재료를 포함하는 복수의 제1 폴리머 층을 각각 포함하는 복수의 제1 폴리싱 요소 - 복수의 제1 폴리머 층 중 적어도 하나는 폴리싱 표면을 형성함 -; 및 복수의 제1 폴리싱 요소 중 적어도 하나와 폴리싱 패드의 지지 표면 사이에 배치되는 베이스 영역을 포함한다. 베이스 영역은, 제1 폴리머 재료의 복수의 경화된 액적 및 제2 폴리머 재료의 복수의 경화된 액적을 각각 포함하는 복수의 층을 포함할 수 있고, 여기서 제1 폴리머 재료는 6 초과의 제1 E'30/E'90 비율을 갖는다. 일부 경우들에서, 제2 폴리머 재료도 또한 6 초과의 제2 E'30/E'90 비율을 가질 수 있고, 제1 E'30/E'90 비율 및 제2 E'30/E'90 비율은 상이하다.

본 개시내용의 실시예들은 기판의 표면을 폴리싱하도록 구성되는 폴리싱 표면을 갖는 폴리싱 패드를 더 제공할 수 있는데, 이 폴리싱 패드는 제1 폴리머 재료를 포함하는 복수의 제1 폴리머 층을 각각 포함하는 복수의 제1 폴리싱 요소 - 복수의 제1 폴리머 층 중 적어도 하나는 폴리싱 표면을 형성함 -; 및 복수의 제1 폴리싱 요소 중 적어도 하나와 폴리싱 패드의 지지 표면 사이에 배치되는 베이스 영역을 포함하고, 베이스 영역은, 제1 폴리머 재료의 복수의 경화된 액적 및 제2 폴리머 재료의 복수의 경화된 액적을 각각 포함하는 복수의 층을 포함한다. 제1 폴리머 재료는 제1 저장 탄성률을 가질 수 있고, 제2 폴리머 재료는 제2 저장 탄성률을 가질 수 있으며, 제1 저장 탄성률은 제2 저장 탄성률보다 크고, 베이스 영역은 제1 폴리머 재료에 비해 더 큰 체적 퍼센트(volume percent)의 제2 폴리머 재료를 포함한다.

위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 본 개시내용의 더 구체적인 설명은 실시예들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 예시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 실시예들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 실시예들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 고려되어서는 안 된다는 점에 유의해야 한다.
도 1a는 폴리싱 스테이션의 개략적인 단면도이다.
도 1b 내지 도 1e는 도 1a에 예시된 폴리싱 스테이션 내에 위치되는 폴리싱 헤드 및 폴리싱 패드 구성의 일부의 개략적인 단면도들이다.
도 1f 및 도 1g는 본 개시내용의 실시예에 따른 도 1a에 예시된 폴리싱 스테이션 내에 위치되는 폴리싱 헤드 및 폴리싱 패드 구성의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 1h는 도 1b 및 도 1c에 예시된 폴리싱 스테이션 구성을 이용하여 폴리싱되고 있는 기판의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 1i는 도 1d 및 도 1e에 예시된 폴리싱 스테이션 구성을 이용하여 폴리싱되고 있는 기판의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 1j는 본 개시내용의 실시예에 따른 도 1f 및 도 1g에 예시된 폴리싱 스테이션 구성을 이용하여 폴리싱되고 있는 기판의 일부의 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 개략적인 등축 단면도이다.
도 2b는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 개략적인 부분 상면도이다.
도 2c는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 개략적인 등축 단면도이다.
도 2d는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 일부의 개략적인 측단면도이다.
도 2e는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 일부의 개략적인 측단면도이다.
도 2f 내지 도 2k는 본 개시내용의 실시예들에 따른 폴리싱 패드 설계들의 상면도들이다.
도 3a는 본 개시내용의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드들(advanced polishing pads)을 제조하기 위한 시스템의 개략도이다.
도 3b는 본 개시내용의 실시예에 따른 도 3a에 예시된 시스템의 일부의 개략도이다.
도 3c는 본 개시내용의 실시예에 따른 도 3b에 예시된 진보된 폴리싱 패드의 소정 영역의 표면 상에 배치되는 분배된 액적의 개략도이다.
도 4a 내지 도 4d는 본 개시내용의 적어도 하나의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드를 형성하기 위해 이용되는 픽셀 차트들의 상면도들이다.
도 4e는 본 개시내용의 실시예에 따른 웨브 또는 롤-투-롤 타입 폴리싱 패드의 개략적인 상면도이다.
도 4f는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 일부의 개략적인 측단면도이다.
도 5a는 본 개시내용의 실시예에 따른 다양한 재료들 및 진보된 폴리싱 패드에 대한 탄젠트 델타 대 온도의 플롯을 예시한다.
도 5b는 본 개시내용의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드에서 이용될 수 있는 재료들에 대한 응력 대 변형률(strain)의 플롯을 예시한다.
도 5c는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 시스템에서의 순환 처리(cyclical processing)를 겪는 패드 재료들에 대한 저장 탄성률의 변화 대 온도의 플롯을 예시한다.
도 6은 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 일부의 개략적인 측단면도이다.
도 7은 본 개시내용의 실시예에 따른 투명 영역이 내부에 형성되어 있는 폴리싱 패드의 개략적인 측단면도이다.
도 8은 본 개시내용의 실시예에 따른 지지 발포체 층(supporting foam layer)을 포함하는 폴리싱 패드의 개략적인 사시 단면도이다.
도 9a는 본 개시내용의 실시예에 따른 다양한 재료들 및 진보된 폴리싱 패드에 대한 탄젠트 델타 대 온도의 플롯을 예시한다.
도 9b 및 도 9c는 각각 본 개시내용의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드의 부분들의 개략적인 측단면도들이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 공통 단어들이 이용되었다. 일 실시예에 개시된 요소들은 구체적인 언급 없이도 다른 실시예들에서 유익하게 이용될 수 있다고 고려된다.

본 개시내용은 튜닝가능한 화학, 재료 및 구조 특성들을 갖는 진보된 폴리싱 패드들, 및 이러한 폴리싱 패드들을 제조하는 새로운 방법들에 관한 것이다. 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따르면, 개선된 특성들을 갖는 폴리싱 패드가 3차원(3D) 프린팅 프로세스와 같은 애디티브 제조 프로세스에 의해 제조될 수 있다고 발견되었다. 본 개시내용의 실시예들은, 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 모노머, 반응성 희석제, 유동 첨가제, 경화제, 광개시제, 및 경화 상승작용제(cure synergists)를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 프리커서들(예를 들어, "수지 프리커서 조성물")로 형성되는 적어도 2가지 상이한 재료로 형성된 불연속 피쳐들(discrete features) 및 기하형상들을 갖는 진보된 폴리싱 패드를 제공한다. 수지 프리커서 조성물 재료는, 적어도 단관능성일 수 있고 자유 라디칼, 루이스 산(Lewis acids), 및/또는 전자기 복사에 노출될 때 중합을 겪을 수 있는 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 모노머, 및 반응성 희석제를 포함할 수 있다. 일례로서, 진보된 폴리싱 패드는, 적어도 하나의 수지 프리커서 조성물의 자동화된 순차적인 퇴적과, 그에 후속하는 적어도 하나의 경화 단계에 의해, 복수의 폴리머 층으로 형성될 수 있고, 여기서 각각의 층은 적어도 하나의 폴리머 조성물, 및/또는 상이한 조성물들의 영역들을 표현할 수 있다. 일부 실시예들에서, 진보된 폴리싱 패드의 층들 및/또는 영역들은, 금속, 반금속 산화물(semimetal oxides), 탄화물, 질화물 및/또는 폴리머 입자와 같은 적어도 하나의 필러(filler)를 함유하는 복사 경화 폴리머(radiation cured polymer)와 같은 복합 재료 구조물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 필러들은 연마 저항성(abrasion resistance)을 증가시키고, 마찰을 감소시키고, 마모에 저항하고, 전체 패드 또는 패드의 특정 영역들의 가교결합 및/또는 열 전도율을 증대시키기 위해 이용될 수 있다. 그러므로, 패드 바디, 및 패드 바디 위에, 상에 그리고 내에 생성된 불연속 피쳐들을 포함하는 진보된 폴리싱 패드는 복수의 상이한 재료 및/또는 재료 조성물들로 동시에 형성될 수 있고, 따라서 패드 아키텍쳐 및 특성들의 미크론 스케일 제어를 가능하게 할 수 있다.

또한, 완전한 폴리싱 프로세스 범위에 걸쳐 바람직한 패드 폴리싱 특성들을 포함하는 폴리싱 패드가 제공된다. 전형적인 폴리싱 패드 특성들은 폴리싱 패드의 정적 특성들 및 동적 특성들 둘 다를 포함하며, 이러한 특성들은 폴리싱 패드 내의 개별 재료들 및 완전한 폴리싱 패드 구조물의 복합 특성들에 의해 영향을 받는다. 진보된 폴리싱 패드는 복수의 불연속 재료를 포함하는 영역들, 및/또는 형성된 폴리싱 패드 내의 하나 이상의 방향에서의 재료 조성의 경사들(gradients)을 포함하는 영역들을 포함할 수 있다. 폴리싱 프로세스 범위에 걸쳐 바람직한 폴리싱 성능을 갖는 진보된 폴리싱 패드를 형성하도록 조정될 수 있는 기계적 특성들의 일부의 예들은 저장 탄성률 E', 손실 탄성률 E", 경도, 항복 강도(yield strength), 극한 인장 강도(ultimate tensile strength), 연신율(elongation), 열 전도율, 제타 전위(zeta potential), 질량 밀도(mass density), 표면 장력, 푸아송 비, 파괴 인성(fracture toughness), 표면 조도(surface roughness)(R_a), 및 다른 관련 특성들을 포함하지만, 이에 제한되지는 않는다. 진보된 폴리싱 패드 내에서 조정될 수 있는 동적 특성들의 일부의 예들은 탄젠트 델타(tan δ), 저장 탄성률 비율(또는 E'30/E'90 비율), 및 다른 관련 파라미터들, 예컨대 에너지 손실 계수(energy loss factor)(KEL)를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 에너지 손실 계수(KEL)는 패드 재료의 탄성 반발 및 댐프닝 효과(elastic rebound and dampening effect)에 관련된다. KEL은 다음의 수학식: KEL= tan δ*10¹²/[E'*(1+(tan δ)²)]에 의해 정의될 수 있고, 여기서 E'는 파스칼 단위이다. KEL은 전형적으로 40℃의 온도 및 1 또는 1.6 헤르츠(Hz)의 주파수에서 동적 기계적 분석(DMA)의 방법을 이용하여 측정된다. 달리 특정되지 않는 한, 본 명세서에 제공된 저장 탄성률 E', E'30/E'90 비율, 및 회복률(percent recovery) 측정치들은 약 1 헤르츠(Hz)의 주파수 및 약 5℃/min의 온도 상승률(temperature ramp rate)에서 수행된 DMA 테스팅 프로세스를 이용하여 수행되었다. 패드 특성들 중 하나 이상을 제어함으로써, 개선된 폴리싱 프로세스 성능, 개선된 폴리싱 패드 수명, 및 개선된 폴리싱 프로세스 반복가능성이 달성될 수 있다. 하나 이상의 이러한 특성을 나타내는 패드 구성들의 예들은 본 명세서에 논의된 하나 이상의 실시예와 함께 아래에 추가로 논의된다.

아래에 더 상세하게 논의되는 바와 같이, 저장 탄성률 E'는 폴리싱 결과들이 기판에 걸쳐 균일한 것을 보장하는 데에 있어서 중요한 인자이고, 따라서 폴리싱 패드 성능에 대해 유용한 메트릭이다. 저장 탄성률 E'는 응력-변형률 곡선의 탄성 선형 부분(elastic linear portion)에서의 연신 변형률(extensional strain)로 인가된 인장 응력을 나누는 것에 의해 전형적으로 계산된다(예를 들어, 기울기 또는 Δy/Δx). 유사하게, 점성 변형률(viscous strain)에 대한 점성 응력(viscous stress)의 비율은 손실 탄성률 E"를 정의하기 위해 이용된다. 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E" 둘 다는 재료 내에서의 분자간 및 분자내 화학적 결합으로부터 기인하는 고유 재료 특성들이라는 점에 유의한다. 저장 탄성률은 재료 테스팅 기술, 예컨대 동적 기계적 분석(DMA)(예를 들어, ASTM D4065, D4440, 및 D5279)을 이용하여 원하는 온도에서 측정될 수 있다. 상이한 재료들의 특성들을 비교할 때, 25℃ 내지 40℃의 범위 내의 단일 온도, 예컨대 40℃에서 재료의 저장 탄성률 E'를 측정하는 것이 전형적이다.

폴리싱 패드 성능 및 균일성에서의 다른 관련 메트릭은 재료의 댐프닝 능력의 척도, 예컨대 폴리싱 패드의 압축 및 반발 댐프닝 특성들의 척도이다. 댐프닝을 측정하는 일반적인 방식은 원하는 온도에서 재료의 탄젠트 델타(tan δ)를 계산하는 것이고, 여기서 tan δ = 손실 탄성률/저장 탄성률 = E"/E'이다. 상이한 재료들의 특성들을 비교할 때, 단일 온도, 예컨대 40℃에서의 재료들에 대한 tan δ 측정치들을 비교하는 것이 전형적이다. 달리 특정되지 않는 한, 본 명세서에 제공된 tan δ 측정치들은 1 헤르츠(Hz)의 주파수 및 약 5℃/min의 온도 상승률에서 수행된 DMA 테스팅 프로세스를 이용하여 수행되었다. 일반적으로, tan δ는, 재료에서의 스프링-유사 탄성 화학 구조들(spring-like elastic chemical structures), 예컨대 힘이 해제될 때 바람직한 저 에너지 형태(conformation) 및 구조로 복귀되는 가요성의 코일형 지방족 폴리머 사슬들(flexible and coiled aliphatic polymer chains)과 비교하여, 재료 내의 "점성" 화학 구조들이 인가된 반복 변형률(cyclic strain)에 어떻게 응답하는지(예를 들어, 결합 회전(bond rotation), 폴리머 사슬 슬리피지(slippage) 및 이동)의 척도이다. 예를 들어, 재료의 탄성이 적을수록, 반복 부하(cyclic load)가 인가될 때, 재료의 점성 분자 세그먼트들의 응답은 재료의 탄성 분자 세그먼트들에 뒤떨어질 것이고(상 시프트(phase shift)), 열이 발생된다. 기판들의 처리 동안 폴리싱 패드에서 발생되는 열은 폴리싱 프로세스 결과들(예를 들어, 폴리싱 균일성)에 영향을 미칠 수 있고, 따라서 패드 재료들의 신중한 선택(judicious choice)에 의해 제어 및/또는 보상되어야 한다.

폴리싱 패드 내의 재료들의 경도는 폴리싱 후에 기판 상에서 발견되는 폴리싱 균일성 결과들, 및 재료 제거율에 있어서 역할을 한다. 종종 로크웰(Rockwell), 볼(Ball) 또는 쇼어(Shore) 경도 스케일을 이용하여 또한 측정되는 재료의 경도는 압입(indentation)에 대한 재료 저항성을 측정하고, 경험적인 경도 값을 제공하며, 저장 탄성률 E'의 증가를 추적하거나 이러한 증가에 따라 증가할 수 있다. 전형적으로, 패드 재료들은 ASTM D2240 기술을 이용하여 전형적으로 측정되는 쇼어 경도 스케일을 이용하여 측정된다. 전형적으로, 패드 재료 경도 특성들은, 폴리올레핀과 같은 더 연질이거나 낮은 저장 탄성률 E'의 폴리머 재료들을 위해 흔하게 이용되는 쇼어 A 또는 쇼어 D 스케일로 측정된다. 로크웰 경도(예를 들어, ASTM D785) 테스팅은 또한 "경질"의 강성 엔지니어링 폴리머 재료들, 예컨대 열가소성 및 열경화성 재료들의 경도를 테스트하기 위해 이용될 수 있다.

폴리싱 패드 장치 및 폴리싱 방법

도 1a는 복수의 폴리싱 스테이션(100)을 포함하는 더 큰 화학 기계적 폴리싱(CMP) 시스템 내에 위치될 수 있는 폴리싱 스테이션(100)의 개략적인 단면도이다. 폴리싱 스테이션(100)은 플래튼(102)을 포함한다. 플래튼(102)은 중앙 축(104)에 대해 회전될 수 있다. 폴리싱 패드(106)는 플래튼(102) 상에 배치될 수 있다. 전형적으로, 폴리싱 패드(106)는 폴리싱 스테이션(100) 내에서 처리될 기판(110)의 크기(예를 들어, 기판 직경)보다 적어도 1배 내지 2배 더 큰 플래튼(102)의 상부 표면을 커버한다. 일례에서, 폴리싱 패드(106) 및 플래튼(102)은 약 6 인치(150mm) 내지 약 40 인치(1,016mm) 직경이다. 폴리싱 패드(106)는 플래튼(102)의 표면 위에 위치되는 지지 표면(103), 및 하나 이상의 기판(110)에 접촉하여 이러한 기판들을 처리하도록 구성된 폴리싱 표면(112)을 포함한다. 플래튼(102)은 폴리싱 동안 폴리싱 패드(106)를 지지하고 폴리싱 패드(106)를 회전시킨다. 캐리어 헤드(108)가 폴리싱 패드(106)의 폴리싱 표면(112)에 대하여 기판(110)을 유지한다. 캐리어 헤드(108)는 기판(110)을 폴리싱 패드(106)에 대하여 압박하기 위해 이용되는 가요성 다이어프램(111), 및 폴리싱 프로세스 동안 기판의 표면에 걸쳐 발견되는 본질적으로 불균일한 압력 분포를 정정하기 위해 이용되는 캐리어 링(109)을 전형적으로 포함한다. 캐리어 헤드(108)는 기판(110)과 폴리싱 패드(106) 사이에 상대적인 모션들을 발생시키기 위해 스위핑 모션으로 이동하고/하거나 중앙 축(114)에 대해 회전할 수 있다.

전달 암(118)이 폴리싱 동안 폴리싱 표면(112)에 공급되는 폴리싱 유체(116), 예컨대 연마 슬러리를 전달한다. 폴리싱 액체(116)는 기판의 화학 기계적 폴리싱을 가능하게 하기 위해 화학적으로 활성인 성분들, pH 조정제 및/또는 연마 입자들을 함유할 수 있다. 116의 슬러리 화학물질은 금속들, 금속 산화물들, 및 반금속 산화물들을 포함할 수 있는 웨이퍼 표면들 및/또는 피쳐들을 폴리싱하도록 설계된다. 전형적으로, 폴리싱 스테이션(100)은 패드 컨디셔닝 어셈블리(120)를 또한 포함하며, 이 패드 컨디셔닝 어셈블리는 패드 컨디셔닝 디스크(128)(예를 들어, 다이아몬드 함침 디스크)가 폴리싱 프로세스 사이클 동안 상이한 시간들에서 폴리싱 표면(112)에 대하여 압박되고 폴리싱 표면에 걸쳐 스위프하여, 폴리싱 패드(106)의 표면(112)을 연마하고 회생(rejuvenate)시키게 하도록 구성되는 액츄에이터들(124 및 126) 및 컨디셔닝 암(122)을 포함한다.

도 1b 및 도 1c는 폴리싱 스테이션(100) 내에 위치되는 폴리싱 헤드(108) 및 종래의 "경질" 또는 높은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106A)의 일부의 개략적인 단면도들이다. 도 1d 및 도 1e는 폴리싱 스테이션(100) 내에 위치되는 폴리싱 헤드(108) 및 종래의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B)의 일부의 개략적인 단면도들이다. 도 1f 및 도 1g는 폴리싱 스테이션(100) 내에 위치되는, 아래에 추가로 설명되는 진보된 폴리싱 패드(200)의 일 실시예, 및 폴리싱 헤드(108)의 일부의 개략적인 단면도들이다. 명료성을 위해, 캐리어 헤드(108)의 상부 부분 및 가요성 다이어프램(111)은 도 1b 내지 도 1g에서 빠져있다. 동작 동안, 가요성 다이어프램(111)(도 1a)은 기판(110)을 폴리싱 패드(106A, 106B) 또는 진보된 폴리싱 패드(200)에 대하여 압박하도록 위치되고, 캐리어 헤드(108)의 장착 부분(도시되지 않음)에 결합되는 캐리어 헤드 액츄에이터(도시되지 않음)는 캐리어 헤드(108) 및 리테이닝 링(109)을 폴리싱 패드(106A, 106B) 또는 진보된 폴리싱 패드(200)의 표면에 대하여 별개로 압박하도록 구성된다. 도 1c, 도 1e 및 도 1f에 도시된 바와 같이, 가요성 다이어프램(111)은 인가된 힘 F₂에 의해 예시되는 기판(110)의 후면에 대한 압력을 인가하도록 구성되고, 캐리어 헤드 액츄에이터는 리테이닝 링(109)에 힘 F₁을 인가하도록 구성된다.

도 1b는 폴리싱 프로세스가 기판(110)에 대해 수행되기 전에, 캐리어 헤드(108) 내에, 그리고 종래의 "경질" 또는 높은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106A) 위에 위치되는 기판(110)의 에지의 일부를 예시한다. 기판(110)은 후속 CMP 프로세스 동안 제거 및/또는 평탄화될 하나 이상의 디바이스 피쳐(110B)(도 1h)를 갖는 층(110A)을 포함한다. 도 1c는 도 1b에 예시된 종래의 "경질" 폴리싱 패드(106A)를 이용하는 폴리싱 프로세스 동안의 기판(110)을 예시한다. "경질" 폴리싱 패드들을 이용하는 CMP 프로세스들은 기판(110)의 에지에서 발견되는 에지 효과들(edge effects)로 인해 불균일한 평탄화 결과들을 갖는 경향이 있는 것으로 밝혀졌으며, 이러한 에지 효과들은 CMP 프로세스 동안 기판(110)의 에지에서 발견되는 더 큰 고유 폴리싱 불균일성을 보상하기 위해 힘 F₁을 리테이닝 링(109)에 인가할 필요성에 구체적으로 관련된다. 다시 말하면, "경질" 폴리싱 패드를 형성하기 위해 이용되는 재료의 높은 저장 탄성률 E', 강성 또는 경질 성질은 리테이닝 링(109)에 의해 힘 F₁이 "경질" 폴리싱 패드(106A)에 인가될 때 패드 반발 또는 리지(ridge)(107A)가 형성되게 한다. 리지(107A)의 형성은 인가된 힘 F₁로 인한 "경질" 폴리싱 패드(106A)의 변형(107B)에 일반적으로 관련되고, 이는 기판(110)의 에지가 기판(110)의 중심보다 더 빠르게 폴리싱되게 한다. 기판(110)의 에지에서의 더 높은 폴리싱 속도는 "전역적" CMP 평탄화 불균일성(예를 들어, 기판에 걸친 불균일성)을 초래한다.

도 1h는 종래의 "경질" 폴리싱 패드(106A)를 이용하여 폴리싱되고 있는 기판(110)의 일부의 개략적인 단면도이다. 도시된 바와 같이, 기판(110)은, 층(110A) 내에 형성되고 CMP 프로세스 동안 제거 및/또는 평탄화되는 복수의 피쳐(110B)를 포함한다. 본 예에서, "경질" 폴리싱 패드(106A)를 형성하기 위해 이용되는 재료의 높은 저장 탄성률 E', 강성 및/또는 경질 성질은, 가요성 다이어프램(111)에 의해 힘 F₂가 기판(110)에 인가될 때 이러한 패드가 마이크로스코픽 스케일(예를 들어, 10nm-1000nm 피쳐 피치)에서 상당히 변형되는 것을 허용하지 않을 것이다. 이러한 경우에, "경질" 폴리싱 패드(106A)는 마이크로스코픽 스케일에서 허용가능한 양의 평탄화 및 평탄화 효율을 일반적으로 산출할 것이지만, 위에서 논의된 이유들로 인해 불량한 전역적 평탄화 결과들을 달성할 것이다.

도 1d는 폴리싱 프로세스가 기판(110)에 대해 수행되기 전에, 캐리어 헤드(108) 내에, 그리고 종래의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B) 위에 위치되는 기판(110)의 에지의 일부를 예시한다. 기판(110)은 후속 CMP 프로세스 동안 제거 및 평탄화될 하나 이상의 디바이스 피쳐(110B)(도 1i)를 갖는 층(110A)을 포함한다. 도 1e는 도 1d에 예시된 종래의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B)를 이용하는 폴리싱 프로세스 동안의 기판(110)을 예시한다. 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드가 CMP 프로세스 동안 리테이닝 링(109)에 의해 발생되는 인가된 힘 F₁ 및 가요성 다이어프램(111)에 의해 발생되는 인가된 힘 F₂ 하에서 변형되는 것이 상대적으로 용이한 것으로 인해, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드들을 이용하는 CMP 프로세스들은 불균일한 평탄화 결과들을 갖는 경향이 있는 것으로 밝혀졌다. 다시 말하면, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B)를 형성하기 위해 이용되는 재료의 연질, 가요성 및 낮은 저장 탄성률 E' 성질은 리테이닝 링(109)에 의해 공급되는 힘 F₁이 최소화되는 효과를 허용하고, 이것은 패드가 리테이닝 링(109)의 하향력을 보상하는 능력을 개선한다. 낮은 탄성 계수(elastic modulus) 재료의 이러한 압축 응답(compressive response)은 리테이닝 링 압축의 신속한 회복, 및 폴리싱 프로세스 동안 기판의 중심과 에지 사이에서 보이는 더 일관된 폴리싱 속도를 허용한다. 그러므로, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드의 이용은 전역적 CMP 평탄화 균일성을 더 많이 야기할 것이다.

도 1i는 종래의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B)를 이용하여 폴리싱되고 있는 기판의 일부의 개략적인 단면도이다. 본 예에서, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B)를 형성하기 위해 이용되는 재료의 가요성 또는 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 성질은, 가요성 다이어프램(111)에 의해 힘 F₂가 기판(110)에 인가될 때 재료가 마이크로스코픽 스케일(예를 들어, 10nm-1000nm 피쳐 피치)로 변형되는 것을 허용한다. 도 1i에 도시된 바와 같이, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B) 내의 재료는 변형되고, 후속하여 디바이스 피쳐들(110B) 사이의 층(110A)의 영역들에 접촉하여 이러한 영역들을 폴리싱할 수 있다. 피쳐들(110B)의 최상부들 및 피쳐들(110B) 사이의 영역들의 부분들을 동시에 폴리싱하는 동작은 평탄화 불균일성들 및 다른 평탄화 문제점들을 생성할 것이다. 이 경우, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 패드(106B)는 일반적으로 허용가능한 양의 전역적 평탄화를 산출할 것이지만, 불량한 평탄화 효율을 달성하고 불량한 디싱 결과들(dishing results)을 제공할 것이다. 낮은 저장 탄성률 포함 폴리싱 패드들은 마이크로스코픽 스케일의 개선된 스크래치 성능에 대해 이점을 제공하는데, 왜냐하면 이러한 폴리싱 패드들은 패드 표면과 기판의 표면 사이에 배치될 수 있는 경질 결함들(hard defects)이 더 높은 저장 탄성률 재료에 의해 기판 표면에 대해 강제되기보다는 패드 매트릭스 내에서 압축 및/또는 수용되는 것을 허용하기 때문이다.

진보된 폴리싱 패드들

본 개시내용의 실시예들은 애디티브 제조 프로세스의 이용에 의해 형성될 수 있는 진보된 폴리싱 패드들(200)을 일반적으로 제공한다. 진보된 폴리싱 패드들은, 적어도 2가지 상이한 재료 조성물로 형성되는 불연속 피쳐들 또는 영역들을 전형적으로 포함하는 패드 바디를 갖는다. 도 1f 및 도 1g는 폴리싱 스테이션(100) 내에 위치되는 진보된 폴리싱 패드(200)의 패드 바디(202) 및 폴리싱 헤드(108)의 일부의 개략적인 단면도들이다. 일반적으로, 진보된 패드의 기계적, 구조적, 및/또는 동적 특성을 개선하기 위해, 폴리싱 프로세스 동안 인가되는 부하가 2가지 이상의 재료 조성물을 포함하는 폴리싱 바디(202)의 영역들을 통해 분산되도록 구성되는 진보된 폴리싱 패드(200)를 형성하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 패드 바디(202)는 제1 저장 탄성률 E' 재료(예를 들어, 높은 저장 탄성률 E' 재료)로 형성되는 제1 폴리싱 요소(204), 및 제2 저장 탄성률 E' 재료(예를 들어, 중간 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료)로 형성될 수 있는 제2 폴리싱 요소(206)를 적어도 포함할 수 있다. 일 구성에서, 제1 폴리싱 요소(204)의 상부 표면들(208)이 제2 폴리싱 요소(들)(206) 위로 돌출되도록, 지지 표면(203)으로부터의 제1 폴리싱 요소(들)(204)의 높이(150)는 제2 폴리싱 요소(들)(206)의 높이(151)보다 더 높다. 일례에서, 도 1g에 도시된 바와 같이, 폴리싱 요소들 각각에서의 재료들의 조합인 원하는 기계적 및 동적 특성들을 갖는 진보된 폴리싱 패드를 형성하기 위해, 힘 F₂가 가요성 다이어프램(111)에 의해 제1 폴리싱 요소들(204)을 통해, 도 1a에 도시된 플래튼(102)과 같은 지지 부재에 의해 지지되는 제2 폴리싱 요소(206)로 전달된다. 더 높은 저장 탄성률 타입의 폴리싱 피쳐들을 낮은 저장 탄성률 타입의 지지 피쳐로부터 분리시킴으로써, 진보된 폴리싱 패드는 더 높은 저장 탄성률의 최상부 패드에 의해 제공되는 개선된 다이 및 어레이 레벨 평면성의 이점을 유지하면서, 개선된 전역적 평면성의 이점을 제공한다.

도 1j는 본 개시내용의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드(200)를 이용하여 폴리싱되고 있는 기판(110)의 일부의 개략적인 단면도이다. 도 1j에 예시된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 폴리싱 바디(202) 내의 제1 폴리싱 요소(204)는, 기판(110)의 표면 상에 형성되는 적어도 2개 이상의 디바이스 피쳐(110B)(예를 들어, 집적 회로 디바이스들)의 거리에 걸쳐질 정도로 충분히 크도록 형성된다. 일부 실시예들에서, 제1 폴리싱 요소들(204) 중 하나 이상은 기판의 주요 치수(예를 들어, 원형 기판의 반경)보다는 작지만 기판(110) 상에서 발견되는 가장 작은 디바이스 피쳐 크기보다는 크도록 크기가 정해진다. 일부 실시예들에서, 복수의 제1 폴리싱 요소(204)는, 약 250 마이크로미터 내지 약 3mm 크기인, 폴리싱 표면에 평행한 측방향 치수를 각각 갖는다. 일례에서, 제1 폴리싱 요소들(204)이 폴리싱 표면(208)에서 원형 단면을 갖는 경우, 측방향 치수는 제1 폴리싱 요소(204)의 직경일 수 있다. 다른 예에서, 제1 폴리싱 요소들(204)이 폴리싱 표면(208)에서 토로이드 형상을 갖는 경우, 측방향 치수는 그 반경을 따라 측정될 때의 토로이드의 두께, 또는 심지어는 일부 경우들에서는 토로이드의 외측 직경일 수 있다. 따라서, 아래에 추가로 논의되는 바와 같이, 진보된 폴리싱 패드를 이용하여 기판에 대해 수행되는 폴리싱 프로세스의 결과들을 개선하도록 진보된 폴리싱 패드 특성들 및 성능을 조정하기 위해 제1 폴리싱 요소들(204) 및 하나 이상의 제2 폴리싱 요소(206)의 조합이 이용될 수 있다.

일부 실시예들에서, 진보된 폴리싱 패드(200)는 적어도 하나의 높은 저장 탄성률 E', 중간 저장 탄성률 E', 및/또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리싱 요소, 및/또는 화학 구조적 피쳐를 포함할 수 있다. 예를 들어, 높은 저장 탄성률 E' 재료 조성물은 방향족 고리(aromatic ring)(들) 및 일부 지방족 사슬들을 포함하는 화학적 기들 및/또는 구조적 피쳐들 중 적어도 하나 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 일부 경우들에서, 높은 저장 탄성률 E' 재료들은 2% 초과의 가교결합 밀도(crosslinking density)를 갖는다. 높은 저장 탄성률 E' 조성물들은 진보된 폴리싱 패드에서 가장 강성인 요소일 수 있고, 높은 경도 값을 가질 수 있으며, 최소 연신율을 나타낼 수 있다. 중간 저장 탄성률 E' 조성물들은 가교결합, 방향족 고리들의 혼합물을 함유할 수 있지만, 높은 저장 탄성률 E' 조성물들보다 더 많은 함량의 지방족 사슬들, 에테르 세그먼트들, 및/또는 폴리우레탄 세그먼트들을 함유할 수 있다. 중간 저장 탄성률 E' 조성물들은 중간 강성, 경도를 가질 수 있고, 높은 저장 탄성률 E' 재료들보다 더 많은 양의 연신율을 나타낼 수 있다. 낮은 저장 탄성률 E' 조성물들은 지방족 사슬들, 에테르 세그먼트들, 및/또는 폴리우레탄 세그먼트들을 함유할 수 있고, 방향족 고리들 또는 가교결합으로부터의 기여는 최소이거나 없다. 낮은 저장 탄성률 E' 조성물들은 가요성, 연질, 및/또는 고무-유사(rubber-like)일 수 있다.

30℃의 온도에서 바람직한 낮은, 중간 및/또는 높은 저장 탄성률 E' 특성들(E'30)을 갖는 재료들이 표 1에 요약되어 있다.

일 실시예에서, 표 1을 참조하면, 폴리싱 패드 바디(202)는 상이한 저장 탄성률 E' 및/또는 손상 탄성률 E"를 갖는 적어도 하나의 점탄성 재료로 형성될 수 있다. 결과적으로, 패드 바디는 제1 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"를 갖는 제1 재료 또는 제1 재료 조성물; 및 제1 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"와는 상이한 제2 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"를 갖는 제2 재료 또는 제2 재료 조성물을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드 표면 피쳐들은 하나 이상의 폼 팩터 또는 치수를 갖는 복수의 피쳐를 포함할 수 있고, 상이한 기계적, 열적, 계면적(interfacial), 및 화학적 특성들을 갖는 피쳐들의 혼합물일 수 있다. 예를 들어, 패드 바디 위에, 상에 그리고 내에 배치된 채널들, 홈들, 및/또는 돌기들과 같은 패드 표면 피쳐들은 제1 재료나 제1 재료 조성물로부터 도출된 더 높은 저장 탄성률 E' 특성들, 및 제1 재료나 제1 재료 조성물보다 더 큰 탄성을 갖는 제2 재료나 제2 재료 조성물로부터 도출된 일부 더 낮은 저장 탄성률 E' 특성들 둘 다를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 이용되는 바와 같은 진보된 폴리싱 패드(200)라는 용어는, 위에서 논의되고 아래에 추가로 논의되는 속성들, 재료들, 피쳐들 및/또는 특성들 중 하나 이상을 포함하는 진보된 폴리싱 패드를 광범위하게 설명하는 것으로 의도된다. 진보된 폴리싱 패드들의 특정 구성들은 도 2a 내지 도 2k에 예시된 예들과 함께 논의된다. 달리 특정되지 않는 한, 제1 폴리싱 요소(들)(204) 및 제2 폴리싱 요소(들)(206)라는 용어들은 진보된 폴리싱 패드(200)의 폴리싱 바디 내의 부분들, 영역들, 및/또는 피쳐들을 광범위하게 설명하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 설명된 애디티브 제조 프로세스들 중 하나 이상을 이용하여 다른 유사한 구성들이 형성될 수 있으므로, 도 2a 내지 도 2k에 도시된 상이한 진보된 폴리싱 패드 구성들의 특정 예들은 본 명세서에 제공된 본 개시내용의 범위에 관하여 제한하는 것으로 의도되지는 않는다.

진보된 폴리싱 패드들은, 적어도 하나의 수지 프리커서 조성물의 층별의(layer by layer) 자동화된 순차적인 퇴적과, 그에 후속하는 적어도 하나의 경화 단계에 의해 형성될 수 있고, 여기서 각각의 층은 적어도 하나의 폴리머 조성물, 및/또는 상이한 조성물들의 영역들을 표현할 수 있다. 조성물들은 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 반응성 희석제 및 경화제를 포함할 수 있다. 관능성 폴리머는 다관능성 아크릴레이트 프리커서 성분들을 포함할 수 있다. 복수의 고체 폴리머 층을 형성하기 위해, 하나 이상의 조성물을 UV 복사 및/또는 열 에너지에 노출시키는 것과 같은 하나 이상의 경화 단계가 이용될 수 있다. 이러한 방식으로, 전체 폴리싱 패드는 3D 프린팅에 의해 복수의 폴리머 층으로 형성될 수 있다. 경화된 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 1mm, 예컨대 5 미크론 내지 약 100 미크론, 및 예컨대 25 미크론 내지 약 30 미크론일 수 있다.

본 개시내용에 따른 폴리싱 패드들은, 폴리싱 요소 간의 적어도 하나의 조성 경사(compositional gradient)에 의해 반영되는 바와 같이, 패드 바디(202)에 걸쳐 상이한 기계적 특성들, 예컨대 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"를 가질 수 있다. 폴리싱 패드(200)에 걸친 기계적 특성들은, 정적 기계적 특성들, 동적 기계적 특성들, 및 마모 특성들을 포함할 수 있는 타겟 폴리싱 패드 특성들을 달성하기 위해 대칭 또는 비대칭, 균일 또는 불균일할 수 있다. 패드 바디(202)에 걸친 폴리싱 요소들(204, 206) 중 어느 하나의 패턴들은 폴리싱 패드에 걸쳐 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"를 포함하는 타겟 특성들을 달성하기 위해 방사형, 동심형, 직사각형, 나선형, 프랙탈 또는 랜덤일 수 있다. 유리하게는, 3D 프린팅 프로세스는 패드의 특정 패드 영역들 내에서 또는 패드의 더 큰 영역들 위에서 원하는 특성들을 갖는 재료 조성물들의 특정 배치를 가능하게 하고, 따라서 특성들은 결합되고, 특성들의 더 큰 평균 또는 특성들의 "복합물"을 표현한다.

진보된 폴리싱 패드 구성의 예들

도 2a는 본 개시내용의 일 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드(200a)의 개략적인 사시 단면도이다. 하나 이상의 제1 폴리싱 요소(204a)는 원형 패드 바디(202)를 형성하기 위해 하나 이상의 제2 폴리싱 요소(206a)에 결합되는 교대하는 동심 링들(alternating concentric rings)로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(들)(204a)의 상부 표면들(208)이 제2 폴리싱 요소(들)(206a) 위로 돌출되도록, 지지 표면(203)으로부터의 제1 폴리싱 요소(들)(204a)의 높이(210)는 제2 폴리싱 요소(들)(206a)의 높이(212)보다 더 높다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(204a)는 제2 폴리싱 요소(들)(206a)의 부분(212A) 위에 배치된다. 홈들(218) 또는 채널들이 제1 폴리싱 요소(들)(204a) 사이에 형성되고, 제2 폴리싱 요소(들)(206a)의 일부를 적어도 포함한다. 폴리싱 동안, 제1 폴리싱 요소들(204a)의 상부 표면들(208)은 기판에 접촉하는 폴리싱 표면을 형성하는 한편, 홈들(218)은 폴리싱 유체를 보유하고 나른다(channel). 일 실시예에서, 패드 바디(202)의 최상부 표면 상에 채널들 또는 홈들(218)이 형성되도록, 제1 폴리싱 요소(들)(204a)는 패드 바디(202)의 폴리싱 표면 또는 상부 표면(208)에 평행한 평면에 수직인 방향(즉, 도 2a의 Z 방향)에서 제2 폴리싱 요소(들)(206a)보다 더 두껍다.

일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204a)의 폭(214)은 약 250 미크론 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 경질의 제1 폴리싱 요소(들)(204a) 간의 피치(216)는 약 0.5 밀리미터 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 각각의 제1 폴리싱 요소(204a)는 약 250 미크론 내지 약 2 밀리미터의 범위 내의 폭을 가질 수 있다. 가변 경도의 구역들을 정의하기 위해 진보된 폴리싱 패드(200)의 반경에 걸쳐 폭(214) 및/또는 피치(216)가 달라질 수 있다.

도 2b는 본 개시내용의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드(200b)의 개략적인 부분 상면도이다. 진보된 폴리싱 패드(200b)가 인터로킹하는 제1 폴리싱 요소들(204b) 및 제2 폴리싱 요소들(206b)을 포함한다는 점을 제외하면, 진보된 폴리싱 패드(200b)는 도 2a의 진보된 폴리싱 패드(200)와 유사하다. 제1 폴리싱 요소들(204b) 및 제2 폴리싱 요소들(206b)은 복수의 동심 링을 형성한다. 제1 폴리싱 요소들(204b)은 돌출하는 수직 리지들(220)을 포함할 수 있고, 제2 폴리싱 요소들(206b)은 이러한 수직 리지들(220)을 수용하기 위한 수직 리세스들(222)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 폴리싱 요소들(206b)이 돌출하는 리지들을 포함할 수 있는 한편, 제1 폴리싱 요소들(204b)이 리세스들을 포함한다. 제2 폴리싱 요소들(206b)이 제1 폴리싱 요소들(204b)과 인터로킹하게 함으로써, 진보된 폴리싱 패드(200b)는 CMP 프로세스 및/또는 재료 핸들링 동안 발생될 수 있는 인가되는 전단력들(shear forces)에 관련하여 기계적으로 더 강할 것이다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들 및 제2 폴리싱 요소들은, 폴리싱 패드의 강도를 개선하고 폴리싱 패드들의 물리적 무결성을 개선하기 위해 인터로킹될 수 있다. 피쳐들의 인터로킹은 물리적 및/또는 화학적 힘들로 인한 것일 수 있다.

도 2c는 본 개시내용의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드(200c)의 개략적인 사시 단면도이다. 폴리싱 패드(200c)는 제2 폴리싱 요소(206c)와 같은 베이스 재료 층으로부터 연장되는 복수의 제1 폴리싱 요소(204c)를 포함한다. 제1 폴리싱 요소들(204c)의 상부 표면들(208)은 폴리싱 동안 기판에 접촉하기 위한 폴리싱 표면을 형성한다. 제1 폴리싱 요소들(204c) 및 제2 폴리싱 요소들(206c)은 상이한 재료 및 구조적 특성들을 갖는다. 예를 들어, 제1 폴리싱 요소들(204c)은 경질 재료로 형성될 수 있는 한편, 제2 폴리싱 요소들(206c)은 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료로 형성될 수 있다. 폴리싱 패드(200c)는 진보된 폴리싱 패드(200)와 유사하게 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.

제1 폴리싱 요소들(204c)은 실질적으로 동일한 크기일 수 있거나, 또는 폴리싱 패드(200c)에 걸쳐 가변 기계적 특성들, 예컨대 가변 저장 탄성률 E' 및/또는 가변 손실 탄성률 E"를 생성하기 위해 크기가 달라질 수 있다. 제1 폴리싱 요소들(204c)은 폴리싱 패드(200c)에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있거나, 또는 진보된 폴리싱 패드(200c)에서 타겟 특성들을 달성하기 위해 불균일한 패턴으로 배열될 수 있다.

도 2c에서, 제1 폴리싱 요소들(204c)은 제2 폴리싱 요소들(206c)로부터 연장되는 원형 컬럼들인 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 제1 폴리싱 요소들(204c)은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형, 또는 불규칙한 단면들을 갖는 컬럼들일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204c)은 진보된 폴리싱 패드(200c)의 경도, 기계적 강도, 또는 다른 바람직한 특성들을 튜닝하기 위해 상이한 단면 형상들을 가질 수 있다.

도 2d는 본 개시내용의 실시예에 따른 진보된 폴리싱 패드(200d)의 폴리싱 바디(202)의 개략적인 부분 측단면도이다. 진보된 폴리싱 패드(200d)가 인터로킹하는 제1 폴리싱 요소들(204d) 및 제2 폴리싱 요소들(206d)을 포함한다는 점을 제외하면, 진보된 폴리싱 패드(200d)는 도 2a 내지 도 2c의 진보된 폴리싱 패드(200a, 200b 또는 200c)와 유사하다. 제1 폴리싱 요소들(204d) 및 제2 폴리싱 요소들(206d)은 예를 들어 도 2a, 도 2b 또는 도 2c에 예시된 패드 바디(202)의 일부를 형성하는 복수의 동심 링 및/또는 불연속 요소를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204d)은 돌출하는 측벽들(224)을 포함할 수 있는 한편, 제2 폴리싱 요소들(206d)은 제1 폴리싱 요소들(204d)의 돌출하는 측벽들(224)을 수용하기 위한 영역들(225)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 폴리싱 요소들(206d)이 돌출하는 측벽들을 포함할 수 있는 한편, 제1 폴리싱 요소들(204d)이 돌출하는 측벽들을 수용하도록 구성되는 영역들을 포함한다. 제2 폴리싱 요소들(206d)을 제1 폴리싱 요소들(204d)과 인터로킹하게 함으로써, 진보된 폴리싱 패드(200d)는 증가된 인장, 압축 및/또는 전단 강도를 나타낼 수 있다. 추가적으로, 인터로킹 측벽들은 진보된 폴리싱 패드(200d)가 갈라지는 것을 방지한다.

일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204d)과 제2 폴리싱 요소들(206d) 사이의 경계들은 적어도 하나의 재료 조성물과 다른 재료 조성물 간의 응집성 전이(cohesive transition), 예컨대 제1 폴리싱 요소(204d)를 형성하기 위해 이용되는 제1 조성물과 제2 폴리싱 요소(206d)를 형성하기 위해 이용되는 제2 조성물 간의 전이 또는 조성 경사를 포함한다. 재료들의 응집성은 본 명세서에 설명된 애디티브 제조 프로세스의 직접적인 결과이고, 이것은 층별 애디티브 형성 구조물(layer by layer additively formed structure)에서의 2개 이상의 화학적 조성물의 친밀한 혼합(intimate mixing) 및 미크론 스케일 제어를 가능하게 한다.

도 2e는 본 개시내용의 실시예에 따른 폴리싱 패드의 개략적인 부분 단면도이다. 진보된 폴리싱 패드(200e)가 상이하게 구성된 인터로킹 피쳐들을 포함한다는 점을 제외하면, 진보된 폴리싱 패드(200e)는 도 2d의 진보된 폴리싱 패드(200d)와 유사하다. 진보된 폴리싱 패드(200e)는 복수의 동심 링 및/또는 불연속 요소를 갖는 제1 폴리싱 요소들(204e) 및 제2 폴리싱 요소들(206e)을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204e)은 수평 리지들(226)을 포함할 수 있는 한편, 제2 폴리싱 요소들(206e)은 제1 폴리싱 요소들(204e)의 수평 리지들(226)을 수용하기 위한 수평 리세스들(227)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 폴리싱 요소들(206e)이 수평 리지들을 포함할 수 있는 한편, 제1 폴리싱 요소들(204e)이 수평 리세스들을 포함한다. 일 실시예에서, 도 2b의 인터로킹 피쳐들과 같은 수직 인터로킹 피쳐들, 및 도 2d 및 도 2e의 인터로킹 피쳐들과 같은 수평 인터로킹 피쳐들이 결합되어, 진보된 폴리싱 패드를 형성할 수 있다.

도 2f 내지 도 2k는 본 개시내용의 실시예들에 따른 다양한 폴리싱 패드 설계들의 개략적인 평면도들이다. 도 2f 내지 도 2k 각각은, 기판에 접촉하여 기판을 폴리싱하기 위한 제1 폴리싱 요소들(204f-204k)을 각각 표현하는 백색 영역들(백색 픽셀들의 영역들), 및 제2 폴리싱 요소(들)(206f-206k)를 표현하는 흑색 영역들(흑색 픽셀들의 영역들)을 갖는 픽셀 차트들을 포함한다. 본 명세서에서 유사하게 논의된 바와 같이, 채널들이 백색 영역들 사이의 흑색 영역들에 형성되도록, 백색 영역들은 일반적으로 흑색 영역들 위로 돌출된다. 일례에서, 픽셀 차트 내의 픽셀들은 진보된 폴리싱 패드의 층 또는 층의 일부 내에서의 다양한 재료들의 위치를 정의하기 위해 이용되는 직사각형 어레이 타입 패턴(예를 들어, X 및 Y 배향 어레이)으로 배열된다. 다른 예에서, 픽셀 차트 내의 픽셀들은 폴리싱 패드의 층 또는 층의 일부 내에서의 다양한 재료들의 위치를 정의하기 위해 이용되는 육각형 조밀 패킹 어레이 타입(hexagonal close pack array type) 패턴으로 배열된다(예를 들어, 하나의 픽셀이 6개의 최근접 이웃들에 의해 둘러싸임). 폴리싱 슬러리는 폴리싱 동안 채널들을 통해 유동되고 채널들 내에 보유될 수 있다. 도 2f 내지 도 2k에 도시된 폴리싱 패드들은 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 복수의 재료 층을 퇴적함으로써 형성될 수 있다. 복수의 층 각각은 제1 폴리싱 요소들(204f-204k) 및 제2 폴리싱 요소(들)(206f-206k)를 형성하기 위해 2가지 이상의 재료를 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 홈들 및/또는 채널들이 폴리싱 패드의 최상부 표면 상에 형성되도록, 제1 폴리싱 요소들(204f-204k)은 복수의 재료 층에 평행한 평면에 수직인 방향에서 제2 폴리싱 요소(들)(206f-206k)보다 더 두꺼울 수 있다.

도 2f는 복수의 동심 폴리싱 피쳐(204f)를 갖는 진보된 폴리싱 패드 설계(200f)의 개략적인 픽셀 차트이다. 폴리싱 피쳐들(204f)은 동일한 폭의 동심 원들일 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(들)(204f)의 피치가 반경 방향을 따라 일정하도록, 제2 폴리싱 요소(들)(206f)도 또한 동일한 폭을 가질 수 있다. 폴리싱 동안, 제1 폴리싱 요소(들)(204f) 사이의 채널들은 폴리싱 슬러리를 보유하고, 폴리싱 패드의 자신의 중앙 축(즉, 동심 원들의 중심)에 대한 회전에 의해 발생되는 원심력으로 인한 폴리싱 슬러리의 급속 손실을 방지한다.

도 2g는 동심 원들로 배열된 복수의 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소(204g)를 갖는 폴리싱 패드 설계(200g)의 개략적인 픽셀 차트이다. 일 실시예에서, 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204g)은 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204g)은 복수의 동심 원을 형성할 수 있다. 각각의 원에서, 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204g)은 각각의 동심 원 내에 균등하게 분포될 수 있다. 일 실시예에서, 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204g)은 반경 방향으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204g)은 동심 원의 반경에 무관하게 실질적으로 동일한 길이(예를 들어, 폴리싱 패드의 중심 영역을 제외하고는 동일한 아크 길이)를 갖는다. 일 실시예에서, 제2 폴리싱 요소(들)(206g)는 복수의 동심 원 사이에 배치되고, 동심 원들의 피치가 일정하도록 동일한 폭을 갖는다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드의 자신의 중앙 축에 대한 회전에 의해 발생되는 원심력 하에서 폴리싱 슬러리가 폴리싱 패드 밖으로 직접 유출되는 것을 방지하기 위해, 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204g) 사이의 갭들이 원 간에 엇갈리게 배치될 수 있다.

도 2h는 제2 폴리싱 요소(들)(206h) 위에 배치된 나선형 제1 폴리싱 요소들(204h)을 갖는 폴리싱 패드 설계(200h)의 개략적인 픽셀 차트이다. 도 2h에서, 폴리싱 패드(200h)는 폴리싱 패드의 중심으로부터 폴리싱 패드의 에지까지 연장되는 4개의 나선형 제1 폴리싱 요소(204h)를 갖는다. 4개의 나선형 폴리싱 피쳐가 도시되어 있지만, 더 적거나 더 많은 수의 나선형 제1 폴리싱 요소(204h)가 유사한 방식으로 배열될 수 있다. 나선형 제1 폴리싱 요소들(204h)은 나선형 채널들(218h)을 정의한다. 일 실시예에서, 나선형 제1 폴리싱 요소들(204h) 각각은 일정한 폭을 갖는다. 일 실시예에서, 나선형 채널들(218h)도 또한 일정한 폭을 갖는다. 폴리싱 동안, 폴리싱 슬러리를 나선형 채널들 내에 보유하기 위해, 폴리싱 패드는 나선형 제1 폴리싱 요소들(204h)의 방향에 반대되는 방향으로 중앙 축에 대해 회전할 수 있다. 예를 들어, 도 2h에서, 나선형 제1 폴리싱 요소들(204h) 및 나선형 채널들은 반시계 방향으로 형성되고, 따라서, 폴리싱 동안, 폴리싱 패드는 폴리싱 슬러리를 나선형 채널들 내에 그리고 폴리싱 패드 상에 보유하기 위해 시계 방향으로 회전될 수 있다. 일부 구성들에서, 나선형 채널들 각각은 폴리싱 패드의 중심으로부터 폴리싱 패드의 에지까지 연속적이다. 이러한 연속적인 나선형 채널들은 폴리싱 슬러리가 임의의 폴리싱 폐기물과 함께 폴리싱 패드의 중심으로부터 폴리싱 패드의 에지까지 유동하는 것을 허용한다. 일 실시예에서, 폴리싱 패드는 나선형 제1 폴리싱 요소들(204h)과 동일한 방향(예를 들어, 도 2h에서는 반시계 방향)으로 폴리싱 패드를 회전시킴으로써 세정될 수 있다.

도 2i는 제2 폴리싱 요소(들)(206i) 상에 나선형 패턴으로 배열되는 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204i)을 갖는 폴리싱 패드 설계(200i)의 개략적인 픽셀 차트이다. 제1 폴리싱 요소들(204i)이 세그먼트화되고 제1 폴리싱 요소들(204i)의 반경 방향 피치가 변화한다는 점을 제외하면, 도 2i에 예시된 진보된 폴리싱 패드는 도 2h의 폴리싱 패드와 유사하다. 일 실시예에서, 처리 동안 폴리싱 패드의 표면의 상이한 영역들 상에서의 슬러리의 보유를 조정 및/또는 제어하기 위해, 세그먼트화된 제1 폴리싱 요소들(204i)의 반경 방향 피치는 폴리싱 패드의 중심으로부터 폴리싱 패드의 에지 영역으로 가면서 감소된다.

도 2j는 제2 폴리싱 요소(들)(206j)에 형성된 복수의 불연속 제1 폴리싱 요소(204j)를 갖는 폴리싱 패드 설계(200j)의 개략적인 픽셀 차트이다. 일 실시예에서, 복수의 제1 폴리싱 요소(204j) 각각은 도 2c에 예시된 구성과 유사하게 원통형 포스트 타입 구조물일 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 제1 폴리싱 요소(204j)는 폴리싱 표면의 평면에서 동일한 치수를 가질 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 원통형 제1 폴리싱 요소(204j)는 동심 원들로 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 복수의 원통형 제1 폴리싱 요소(204j)는 폴리싱 표면의 평면에 대하여 규칙적인 2D 패턴으로 배열될 수 있다.

도 2k는 제2 폴리싱 요소(들)(206k) 위에 형성된 복수의 불연속 제1 폴리싱 요소(204k)를 갖는 폴리싱 패드 설계(200k)의 개략적인 픽셀 차트이다. 도 2k의 일부 제1 폴리싱 요소들(204k)이 연결되어 하나 이상의 폐쇄된 원을 형성할 수 있다는 점을 제외하면, 도 2k의 폴리싱 패드는 도 2j의 폴리싱 패드와 유사하다. 하나 이상의 폐쇄된 원은 폴리싱 동안 폴리싱 슬러리를 보유하기 위해 하나 이상의 댐을 생성할 수 있다.

도 2a 내지 도 2k의 설계들에서의 제1 폴리싱 요소들(204a-204k)은 동일한 재료 또는 동일한 재료 조성물로 형성될 수 있다. 대안적으로, 도 2a 내지 도 2k의 설계들에서의 제1 폴리싱 요소들(204a-204k)의 재료 조성 및/또는 재료 특성들은 폴리싱 피쳐마다 다를 수 있다. 개별화된 재료 조성 및/또는 재료 특성들은 폴리싱 패드들이 특정 요구에 대해 맞춤화되는 것을 허용한다.

애디티브 제조 장치 및 프로세스의 예들

도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 실시예에 따른 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 진보된 폴리싱 패드를 형성하기 위해 이용될 수 있는 애디티브 제조 시스템(350)의 개략적인 단면도이다. 애디티브 제조 프로세스는 폴리젯 퇴적 프로세스(polyjet deposition process), 잉크젯 프린팅 프로세스(inkjet printing process), 퓨즈드 퇴적 모델링 프로세스(fused deposition modeling process), 바인더 분사 프로세스(binder jetting process), 분말 베드 퓨전 프로세스(powder bed fusion process), 선택적 레이저 소결 프로세스(selective laser sintering process), 스테레오리소그래피 프로세스(stereolithography process), 배트 광중합 디지털 광 처리(vat photopolymerization digital light processing), 시트 라미네이션 프로세스(sheet lamination process), 지향성 에너지 퇴적 프로세스(directed energy deposition process), 또는 다른 유사한 3D 퇴적 프로세스를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.

애디티브 제조 시스템(350)은 프리커서 전달 섹션(353), 프리커서 제제 섹션(354), 및 퇴적 섹션(355)을 일반적으로 포함한다. 퇴적 섹션(355)은 애디티브 제조 디바이스 또는 이후의 프린팅 스테이션(300)을 일반적으로 포함할 것이다. 진보된 폴리싱 패드(200)는 프린팅 스테이션(300) 내에서 지지체(302) 상에 프린팅될 수 있다. 전형적으로, 진보된 폴리싱 패드(200)는, CAD(computer-aided design) 프로그램으로부터, 도 3a에 예시된 프린터(306A) 및 프린터(306B)와 같은 하나 이상의 액적 토출 프린터(306)를 이용하여, 층별로 형성된다. 프린터들(306A, 306B) 및 지지체(302)는 프린팅 프로세스 동안 서로에 대해 이동할 수 있다.

액적 토출 프린터(306)는 액체 프리커서들을 분배하기 위한 하나 이상의 노즐(예를 들어, 노즐들(309-312))을 갖는 하나 이상의 프린트 헤드(308)를 포함할 수 있다. 도 3a의 실시예에서, 액적 토출 프린터(306A)는 노즐(309)을 갖는 프린트 헤드(308A) 및 노즐(310)을 갖는 프린트 헤드(308B)를 포함한다. 노즐(309)은 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리머와 같은 제1 폴리머 재료를 형성하기 위해 제1 액체 프리커서 조성물을 분배하도록 구성될 수 있는 한편, 노즐(310)은 경질 폴리머, 또는 높은 저장 탄성률 E'를 나타내는 폴리머와 같은 제2 폴리머 재료를 형성하기 위해 제2 액체 프리커서를 분배하는 데에 이용될 수 있다. 액체 프리커서 조성물들은 바람직한 특성들을 갖는 진보된 폴리싱 패드를 형성하기 위해 선택된 위치들 또는 영역들에서 분배될 수 있다. 이러한 선택된 위치들은, 나중에 전자 제어기(305)에 의해 판독되는 CAD 호환 파일로서 저장될 수 있는 타겟 프린팅 패턴을 집합적으로 형성하고, 전자 제어기는 액적 토출 프린터(306)의 노즐들로부터의 액적들의 전달을 제어한다.

제어기(305)는 프린팅 스테이션(300)을 포함하는 애디티브 제조 시스템(350) 내의 컴포넌트들의 제어 및 자동화를 용이하게 하기 위해 일반적으로 이용된다. 제어기(305)는 예를 들어 컴퓨터, 프로그래밍가능한 로직 제어기 또는 임베디드 제어기일 수 있다. 제어기(305)는 전형적으로 중앙 처리 유닛(CPU)(도시되지 않음), 메모리(도시되지 않음), 및 입력 및 출력(I/O)을 위한 지원 회로들(도시되지 않음)을 포함한다. CPU는, 다양한 시스템 기능들, 기판 이동, 챔버 프로세스들을 제어하기 위해 산업 세팅에서 이용되고, 지원 하드웨어(예를 들어, 센서들, 모터들, 가열기들 등)를 제어하며, 시스템에서 수행되는 프로세스들을 모니터링하는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리는 CPU에 연결되고, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 스토리지와 같은 손쉽게 입수가능한 비휘발성 메모리 중 하나 이상일 수 있다. 소프트웨어 명령어들 및 데이터는 CPU에 명령하기 위해 메모리 내에 코딩 및 저장될 수 있다. 지원 회로들도 또한 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 연결된다. 지원 회로들은 캐시, 전력 공급부, 클록 회로, 입력/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다. 제어기(305)에 의해 판독가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령어들)은 애디티브 제조 시스템(350) 내의 컴포넌트들에 의해 어느 태스크가 수행가능한지를 결정한다. 바람직하게는, 프로그램은, 제어기(305)에서 수행되는 다양한 프로세스 태스크들 및 다양한 시퀀스들과 함께, 프린터(306)로부터 전달되는 액적들의 전달과 위치지정, 및 프린팅 스테이션(300) 내에서의 컴포넌트들의 이동, 지지 및/또는 위치지정의 모니터링, 실행 및 제어에 관련된 태스크들을 수행하기 위한 코드를 포함하는 제어기(305)에 의해 판독가능한 소프트웨어이다.

3D 프린팅 후에, 진보된 폴리싱 패드(200)는 애디티브 제조 시스템(350)의 퇴적 섹션(355) 내에 배치되는 경화 디바이스(320)의 이용에 의해 응고될 수 있다. 경화 디바이스(320)에 의해 수행되는 경화 프로세스는, 프린팅된 폴리싱 패드를 경화 온도로 가열하거나, 패드를 하나 이상의 형태의 전자기 복사 또는 전자 빔 경화에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 일례에서, 경화 프로세스는, 프린팅된 폴리싱 패드를, 가시 광원, 자외선 광원, 및 x-레이 소스, 또는 경화 디바이스(320) 내에 배치되는 다른 타입의 전자기파 소스와 같은 전자기 복사 소스에 의해 발생된 복사(321)에 노출시킴으로써 수행될 수 있다.

애디티브 제조 프로세스는 상이한 재료들 및/또는 상이한 재료 조성물들로 형성된 불연속 피쳐들을 갖는 진보된 폴리싱 패드들을 제조하기 위한 편리하고 고도로 제어가능한 프로세스를 제공한다. 일 실시예에서, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 피쳐들, 및/또는 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들은 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 폴리싱 패드의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 피쳐들은 프린터(306B)의 노즐(312)로부터 분배되는 폴리우레탄 세그먼트들을 함유하는 제1 조성물로 형성될 수 있고, 폴리싱 패드의 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들은 프린터(306A)의 노즐(310)로부터 분배되는 제2 조성물의 액적들로 형성될 수 있다.

다른 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소(들)(206)는 2가지 이상의 조성물의 혼합물로 각각 형성될 수 있다. 일례에서, 제1 조성물은 제1 프린트 헤드, 예컨대 프린트 헤드(308A)에 의해 액적들의 형태로 분배될 수 있고, 제2 조성물은 제2 프린트 헤드, 예컨대 프린터(306A)의 프린트 헤드(308B)에 의해 액적들의 형태로 분배될 수 있다. 복수의 프린트 헤드로부터 전달된 액적들의 혼합물로 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하는 것은, 제어기(305)에서 발견되는 퇴적 맵(deposition map) 내의 미리 결정된 픽셀들 상에 제1 폴리싱 요소들(204)에 대응하는 픽셀들을 정렬하는 것을 요구/포함한다. 다음에, 프린트 헤드(308A)는 제1 폴리싱 요소들(204)이 형성되어야 하는 장소에 대응하는 픽셀들과 정렬될 수 있고, 다음에 미리 결정된 픽셀들 상에 액적들을 분배할 수 있다. 따라서, 진보된 폴리싱 패드는 제1 액적 조성물의 액적들을 퇴적함으로써 형성되는 제1 재료 조성물, 및 제2 액적 조성물의 액적들을 퇴적함으로써 형성되는 제2 재료 조성물을 포함하는 제2 재료로 형성될 수 있다.

도 3b는 패드 제조 프로세스 동안의 진보된 폴리싱 패드(200) 및 프린팅 스테이션(300)의 일부의 개략적인 단면도이다. 도 3b에 도시된 바와 같은 프린팅 스테이션(300)은 진보된 폴리싱 패드(200)의 일부를 순차적으로 형성하기 위해 이용되는 2개의 프린터(306A 및 306B)를 포함한다. 도 3b에 도시된 진보된 폴리싱 패드(200)의 부분은 예를 들어 최종적으로 형성되는 진보된 폴리싱 패드(200)의 제1 폴리싱 요소(204) 또는 제2 폴리싱 요소들(206) 중 어느 하나의 일부를 포함할 수 있다. 처리 동안, 프린터들(306A 및 306B)은 지지체(302)의 제1 표면에 액적들 "A" 또는 "B"를 각각 전달하고, 연속하여 층별 프로세스에서 지지체(302) 상에 배치되는 성장하는 폴리싱 패드의 표면에 전달하도록 구성된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 층(348)은 지지체(302) 상에 형성된 제1 층(346) 위에 퇴적된다. 일 실시예에서, 제2 층(348)은 패드 제조 프로세스에서 프린터들(306A 및 306B)의 다운스트림에 배치되는 경화 디바이스(320)에 의해 처리된 제1 층(346) 위에 형성된다. 일부 실시예들에서, 프린터들(306A 및 306B) 중 하나 이상이 이전에 형성된 층(346)의 표면(346A) 상에 액적들 "A" 및/또는 "B"를 퇴적하고 있는 동안, 제2 층(348)의 부분들은 경화 디바이스(320)에 의해 동시에 처리될 수 있다. 이 경우, 현재 형성되고 있는 층은 경화 구역(349A)의 양측에 배치되는 처리된 부분(348A) 및 처리되지 않은 부분(348B)을 포함할 수 있다. 처리되지 않은 부분(348B)은, 프린터들(306B 및 306A)을 각각 이용하여 이전에 형성된 층(346)의 표면(346A) 상에 퇴적되는, 분배된 액적들(343 및 347)과 같은 분배된 액적들의 어레이를 일반적으로 포함한다.

도 3c는 이전에 형성된 층(346)의 표면(346A) 상에 배치되는 분배된 액적(343)의 클로즈업 단면도이다. 분배된 액적(343) 내의 재료들의 특성들에 기초하여, 그리고 표면(346A)의 표면 에너지로 인해, 분배된 액적은 표면 장력으로 인해 원래의 분배된 액적(예를 들어, 액적들 "A" 또는 "B")의 크기보다 더 큰 양으로 표면에 걸쳐 확산될 것이다. 분배된 액적의 확산량은 이 액적이 표면(346A) 상에 퇴적되는 순간부터 시간의 함수로서 달라질 것이다. 그러나, 매우 짧은 시간 기간(예를 들어, <1초) 후에, 액적의 확산은 평형 크기(equilibrium size)에 도달할 것이고, 평형 접촉 각도 α를 가질 것이다. 분배된 액적이 표면에 걸쳐 확산되는 것은 성장하는 폴리싱 패드의 표면 상에서의 액적들의 배치의 레졸루션에 영향을 미치고, 따라서 최종 폴리싱 패드의 다양한 영역들 내에서 발견되는 피쳐들 및 재료 조성물들의 레졸루션에 영향을 미친다.

일부 실시예들에서, 액적들 "A" 및 "B"가 기판의 표면에 접촉하게 된 후 이러한 액적들 중 하나 또는 둘 다를 소정 시간 기간 동안 노출시켜, 액적이 기판의 표면 상에서 자신의 경화되지 않은 평형 크기로 확산될 기회를 갖기 전에 각각의 액적을 원하는 크기로 경화 또는 "고정(fix)"하는 것이 바람직하다. 이 경우, 경화 디바이스(320)에 의해, 분배된 액적, 및 이 액적이 배치되는 표면에 공급되는 에너지, 및 액적의 재료 조성은 분배된 액적들 각각의 레졸루션을 제어하도록 조정된다. 그러므로, 3D 프린팅 프로세스 동안 제어하거나 튜닝하기 위한 하나의 중요한 파라미터는 분배된 액적이 배치되는 표면에 대한 이러한 액적의 표면 장력의 제어이다. 일부 실시예들에서, 경화 프로세스의 동역학(kinetics)을 제어하고, 산소 억제(oxygen inhibition)를 방지하고/하거나, 액적이 퇴적되는 표면 상에서의 액적의 접촉 각도를 제어하기 위해 하나 이상의 경화 증대 성분(예를 들어, 광개시제)을 액적의 제제에 첨가하는 것이 바람직하다. 경화 증대 성분들은, 1) 원하는 양의 전자기 복사에 대한 초기 노출 동안 분배된 액적 내의 재료에서 발생하는 벌크 경화의 양, 2) 원하는 양의 전자기 복사에 대한 초기 노출 동안 분배된 액적 내의 재료에서 발생하는 표면 경화의 양, 및 3) 분배된 액적의 표면 경화 영역에 대한 표면 특성 개질(surface property modification)(예를 들어, 첨가제)의 양을 조정할 수 있는 재료들을 일반적으로 포함할 것이라는 점에 유의한다. 분배된 액적의 표면 경화 영역에 대한 표면 특성 개질의 양은, 분배되고 적어도 부분적으로 경화된 액적의 표면에서 발견되는 경화된 또는 부분적으로 경화된 폴리머의 표면 에너지의 조정을 일반적으로 포함한다.

프린팅 프로세스 동안 각각의 분배된 액적을 부분적으로 경화하여 표면 특성들 및 치수 크기를 "고정"하는 것이 바람직하다고 밝혀졌다. 액적을 바람직한 크기로 "고정"하는 능력은, 애디티브 제조 프로세스 동안 원하는 양의 적어도 하나의 경화 증대 성분들을 액적의 재료 조성물에 첨가하고, 경화 디바이스(320)로부터 충분한 양의 전자기 에너지를 전달함으로써 달성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 애디티브 층 형성 프로세스 동안 약 1 mJ/㎠(milli-joule per centimeter squared) 내지 100 mJ/㎠, 예컨대 약 10-20 mJ/㎠의 자외선(UV) 광을 액적에 전달할 수 있는 경화 디바이스(320)를 이용하는 것이 바람직하다. UV 복사는, 수은 마이크로파 아크 램프들(mercury microwave arc lamps)(예를 들어, H 전구, H+ 전구, D 전구, Q 전구, 및 V 전구 타입 램프들), 펄스화된 크세논 플래시 램프들, 고효율 UV 발광 다이오드 어레이들, 및 UV 레이저들과 같은 임의의 UV 소스에 의해 제공될 수 있다. UV 복사는 약 170nm 내지 약 500nm의 파장을 가질 수 있다.

일부 실시예들에서, 분배된 액적들 "A", "B"의 크기는 약 10 내지 약 200 미크론, 예컨대 약 50 내지 약 70 미크론일 수 있다. 액적이 분배되는 기판 또는 폴리머 층의 표면 에너지(다인(dynes))에 종속하여, 경화되지 않은 액적은 약 10 내지 약 500 미크론, 예컨대 약 50 내지 약 200 미크론의 크기(343A)로 표면 상에 그리고 표면에 걸쳐 확산될 수 있다. 일례에서, 이러한 액적의 높이는, 표면 에너지, 습윤(wetting), 및/또는 유동제들(flow agents), 증점제들(thickening agents), 및 계면활성제들과 같은 다른 첨가제들을 포함할 수 있는 수지 프리커서 조성물과 같은 인자들에 종속하여, 약 5 내지 약 100 미크론일 수 있다. 첨가제들에 대한 하나의 소스는 독일 Geretsried의 BYK-Gardner GmbH이다.

일부 실시예들에서는, 분배된 액적이 고정될 표면과 접촉하고 나서 약 1초 미만, 예컨대 약 0.5초 미만 내에 분배된 액적이 "고정"되는 것을 허용하도록 광개시제, 액적 조성물 내에서의 광개시제의 양, 및 경화 디바이스(320)에 의해 공급되는 에너지의 양을 선택하는 것이 일반적으로 바람직하다. 분배된 액적을 전달된 경화 에너지에 대한 노출로 인해 부분적으로 경화하는 데에 걸리는 실제 시간은, 액적이 전달된 복사에 노출되기 전에 표면 상에 상주하는 시간보다 더 길거나 더 짧을 수 있는데, 왜냐하면 분배된 액적의 경화 시간은 경화 소스(320)로부터 제공되는 복사 에너지의 양 및 이 에너지의 파장에 종속할 것이기 때문이다. 일례에서, 120 마이크로미터(㎛)의 분배된 액적을 부분적으로 경화하는 데에 이용되는 노출 시간은 약 10-15 mJ/㎠의 UV 복사의 복사 노출 레벨에 대해 약 0.4 마이크로초(㎲)이다. 이러한 짧은 시간 프레임 내에서 액적을 "고정"하기 위한 노력으로, 진보된 폴리싱 패드의 표면(346A)이 경화 디바이스(320)로부터 전달되는 복사(321)에 노출되는 동안, 액적 토출 프린터(306)의 분배 노즐을 폴리싱 패드의 표면으로부터 짧은 거리에, 예컨대 0.1 내지 10 밀리미터(mm), 또는 심지어는 0.5 내지 1mm에 위치시켜야 한다. 또한, 액적 조성, 이전에 형성된 층의 경화의 양(예를 들어, 이전에 형성된 층의 표면 에너지), 경화 디바이스(320)로부터의 에너지의 양, 및 액적 조성물 내의 광개시제의 양을 제어함으로써, 액적의 접촉 각도 α가 제어되어, 고정된 액적 크기를 제어하고, 따라서 프린팅 프로세스의 레졸루션을 제어할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 일례에서, 하부 층의 경화는 약 70% 아크릴레이트 전환의 경화일 수 있다. 고정되거나 적어도 부분적으로 경화된 액적은 본 명세서에서 경화된 액적이라고도 지칭된다. 일부 실시예들에서, 고정된 액적 크기(343A)는 약 10 내지 약 200 미크론이다. 일부 실시예들에서, "고정된" 액적에 대한 동적 접촉 각도(예를 들어, 비평형 접촉 각도)라고도 지칭되는 접촉 각도는 바람직하게는 적어도 50°, 예컨대 55° 초과, 또는 심지어는 60° 초과의 값으로 제어될 수 있다.

애디티브 제조 프로세스에 의해 층 또는 층의 일부를 형성하기 위해 이용되는 픽셀 차트 내의 픽셀들의 레졸루션은 분배된 액적의 평균적인 "고정된" 크기에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 층, 또는 층의 일부의 재료 조성은 층, 또는 층의 일부 내의 픽셀들의 총 수 중에서 특정 액적 조성의 액적들을 포함하는 백분율인 "분배된 액적 조성"에 의해 정의될 수 있다. 일례에서, 형성되는 진보된 폴리싱 패드의 층의 소정 영역이 60%의 제1 분배된 액적 조성물의 분배된 액적 조성물을 갖는 것으로서 정의되는 경우, 이 영역 내의 픽셀들의 60%는 제1 재료 조성물을 포함하는 고정된 액적을 포함할 것이다. 층의 일부가 하나보다 많은 재료 조성물을 포함하는 경우들에서, 진보된 폴리싱 패드 내의 영역의 재료 조성을 "재료 조성 비"를 갖는 것으로서 정의하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 재료 조성 비는, 제1 재료 조성물이 위에 배치되어 있는 픽셀들의 개수 대 제2 재료 조성물이 위에 배치되어 있는 픽셀들의 개수의 비율이다. 일례에서, 소정 영역이 표면의 소정 영역에 걸쳐 배치되는 1,000개의 픽셀을 포함하는 것으로서 정의되었고, 픽셀들 중 600개는 제1 액적 조성물의 고정된 액적을 포함하고, 픽셀들 중 400개는 제2 액적 조성물의 고정된 액적을 포함하는 경우, 재료 조성 비는 제1 액적 조성물 대 제2 액적 조성물의 3:2 비율을 포함할 것이다. 각각의 픽셀이 하나보다 많은 고정된 액적(예를 들어, 픽셀 당 1.2 액적)을 포함할 수 있는 구성들에서, 재료 조성 비는 정의된 영역 내에서 발견되는 제1 재료의 고정된 액적들의 개수 대 제2 재료의 고정된 액적들의 개수의 비율에 의해 정의된다. 일례에서, 영역이 1,000개의 픽셀을 포함하는 것으로서 정의되었고, 이 영역 내에 제1 액적 조성물의 800개의 고정된 액적 및 제2 액적 조성물의 400개의 고정된 액적이 존재하는 경우, 진보된 폴리싱 패드의 이러한 영역에 대해 재료 조성 비는 2:1일 것이다.

다음의 하부 층을 형성하는 분배된 액적의 표면의 경화의 양은 중요한 폴리싱 패드 형성 프로세스 파라미터인데, 왜냐하면 이러한 "초기 도즈(initial dose)"에서의 경화의 양은 분배된 액적들의 후속 층이 애디티브 제조 프로세스 동안 노출될 표면 에너지에 영향을 미치기 때문이다. 각각의 퇴적된 층 위에 후속 퇴적 층들이 형성될 때 이러한 후속 퇴적 층들을 통해 공급되는 추가적인 투과된 경화 복사에 각각의 퇴적된 층이 반복적으로 노출되는 것으로 인해, 초기 경화 도즈의 양은 형성된 폴리싱 패드에서 각각의 퇴적된 층이 최종적으로 달성할 경화의 양에도 또한 영향을 미칠 것이므로, 초기 경화 도즈의 양도 또한 중요하다. 일반적으로, 형성된 층의 과다 경화(over curing)를 방지하는 것이 바람직한데, 왜냐하면 이러한 과다 경화는 후속 단계들에서 후속하여 퇴적되는 분배된 액적들에 대한 경화된 층의 표면의 습윤성(wettability) 및/또는 과다 경화된 재료들의 재료 특성들에 영향을 미칠 것이기 때문이다. 일례에서, 분배된 액적들의 10-30 미크론 두께의 층의 중합을 시행하는 것은, 각각의 액적을 표면 상에 분배하고, 다음에 분배된 액적을 약 0.1초 내지 약 1초의 시간 기간이 경과한 후에 약 10 내지 약 15 mJ/㎠의 복사 노출 레벨에서 UV 복사에 노출시키는 것에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 초기 경화 도즈 동안 전달되는 복사 레벨은 층별로 달라질 수 있다. 예를 들어, 상이한 층들에서의 상이한 분배된 액적 조성물들로 인해, 각각의 초기 도즈에서의 UV 복사 노출의 양은 현재 노출되는 층 및 하부 층들 중 하나 이상에서의 바람직한 경화 레벨을 제공하도록 조정될 수 있다.

일부 실시예들에서, 분배된 액적들의 퇴적된 층이 경화 디바이스(320)에 의해 제공되는 에너지에 직접 노출되어 이 층이 원하는 양만큼 부분적으로만 경화하게 하는 단계인 초기 경화 단계 동안, 경화 디바이스(320)로부터 전달되는 에너지의 양 및 액적 조성을 제어하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 형성된 층의 표면 에너지를 제어하는 것은 분배된 액적 크기를 제어하는 데에 중요하므로, 초기 경화 프로세스는 분배된 액적의 벌크 경화에 비해 분배된 액적의 표면 경화를 우세하게 하는 것이 바람직하다. 일례에서, 분배된 액적이 부분적으로 경화되는 양은 분배된 액적 내의 재료들의 화학적 전환의 양에 의해 정의될 수 있다. 일례에서, 우레탄 폴리아크릴레이트 함유 층을 형성하는 데에 이용되는 분배된 액적에서 발견되는 아크릴레이트들의 전환은 다음의 수학식에 의해 계산되는 백분율 x에 의해 정의되는데:

여기서, A_C=C 및 A_C=O는 FT-IR 분광법을 이용하여 발견되는 910 cm^-1에서의 C=C 피크 및 1700 cm^-1에서의 C=O 피크들의 값들이다. 중합 동안, 아크릴레이트 내의 C=C 결합은 C-C 결합으로 전환되는 한편, 아크릴레이트 내의 C=O는 전환되지 않는다. 따라서, C=C 대 C=O의 세기는 아크릴레이트 전환율을 표시한다. A_{C =C}/A_C=O 비율은 경화된 액적 내에서의 C=C 대 C=O 결합들의 상대적인 비율을 지칭하고, 따라서 (A_C=C/A_C=O)₀는 액적 내의 A_C=C 대 A_C=O의 초기 비율을 나타내는 한편, (A_C=C/A_C=O)_x는 액적이 경화된 후의 기판의 표면 상에서의 A_C=C 대 A_C=O의 비율을 나타낸다. 일부 실시예들에서, 층이 초기에 경화되는 양은 분배된 액적의 약 70% 이상일 수 있다. 일부 구성들에서는, 분배된 액적의 타겟 접촉 각도가 달성될 수 있도록, 약 70% 내지 약 80%의 레벨로, 경화 에너지에 대한 분배된 액적의 초기 노출 동안, 분배된 액적 내의 재료를 부분적으로 경화하는 것이 바람직할 수 있다. 최상부 표면 상의 경화되지 않은 또는 부분적인 아크릴레이트 재료들은 후속 액적들과 공중합되고, 따라서 층들 간의 응집을 산출하는 것으로 여겨진다.

잔류 아크릴 기들(residual acrylic groups)과 같은 잔류 미결합 기들(residual unbonded groups)의 존재로 인해, 초기 층 형성 단계 동안 분배된 액적을 부분적으로 경화하는 프로세스는 또한 후속 퇴적 층들 사이에 소정의 화학적 결합/부착이 존재하는 것을 보장하는 데에 중요할 수 있다. 잔류 미결합 기들은 중합되지 않았으므로, 후속 퇴적 층과의 화학적 결합들을 형성하는 데에 수반될 수 있다. 따라서, 층들 간의 화학적 결합들의 형성은, 패드 형성 프로세스 동안 층별 성장의 방향(예를 들어, 도 3b의 Z 방향)에서, 형성되는 진보된 폴리싱 패드의 기계적 강도를 증가시킬 수 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 따라서, 층들 사이의 결합은 물리적 및/또는 화학적 힘 둘 다에 의해 형성될 수 있다.

튜닝가능한 특성들을 개별적으로 갖는 층들을 형성하고, 형성된 층들의 복합물인 바람직한 패드 특성들을 갖는 폴리싱 패드를 형성하기 위해, 분배된 액적의 혼합물, 또는 분배된 액적들의 위치지정이 층별로 조정될 수 있다. 일례에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 분배된 액적들의 혼합물은 분배된 액적들(343 및 347)의 50:50 비율(또는 1:1의 재료 조성 비)을 포함하고, 여기서 분배된 액적(343)은 분배된 액적(347)에서 발견되는 재료와는 상이한 적어도 하나의 재료를 포함한다. 제1 폴리싱 요소들(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소들(206)과 같은 폴리싱 바디(202)의 부분들의 특성들은 퇴적 프로세스 동안 분배된 액적들의 위치지정으로부터 형성되는 제1 조성물 및 제2 조성물의 비율 및/또는 분포에 따라 조정되거나 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 제1 조성물의 중량%는 전체 조성물 중량을 기준으로 하여 약 1 중량% 내지 전체 조성물 중량을 기준으로 하여 약 100%일 수 있다. 유사한 방식으로, 제2 조성물은 전체 조성물 중량을 기준으로 하여 약 1 중량% 내지 전체 조성물 중량을 기준으로 하여 약 100%일 수 있다. 경도 및/또는 저장 탄성률과 같이 요구되는 재료 특성들에 종속하여, 2가지 이상의 재료의 조성물들이 상이한 비율들로 혼합되어 원하는 효과를 달성할 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소들(206)의 조성은 적어도 하나의 조성물 또는 조성물들의 혼합물, 및 하나 이상의 프린터에 의해 분배되는 액적들의 크기, 위치 및/또는 밀도를 선택함으로써 제어된다. 그러므로, 제어기(305)는, 형성되고 있는 폴리싱 패드의 표면 상에 원하는 밀도 및 패턴으로 위치된 상호맞물린 액적들(interdigitated droplets)을 갖는 층을 형성하기 위해 노즐들(309-310, 311-312)을 위치시키도록 일반적으로 되어 있다. 일부 구성들에서, 분배된 액적들은 각각의 방울(drop)이 다른 방울들과 블렌딩되지 않는 위치에 배치되고, 따라서 각각의 방울이 경화되기 전에 불연속적인 재료 "아일랜드(island)"로 남아있는 것을 보장하는 방식으로 퇴적될 수 있다. 일부 구성들에서, 분배된 액적들은, 구축 속도(build rate)를 증가시키거나 재료 특성들을 블렌딩하기 위해, 동일 층 내의 이전 분배된 액적들의 최상부 상에 또한 배치될 수 있다. 표면 상에서의 서로에 대한 액적들의 배치는 또한 층에서의 분배된 액적들 각각의 부분적인 혼합 거동을 허용하도록 조정될 수 있다. 일부 경우들에서, 이웃하는 액적들 내의 성분들의 더 많은 혼합 또는 더 적은 혼합을 각각 제공하기 위해, 액적들을 함께 더 가깝게 또는 더 멀리 떨어지게 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 분배된 액적들에 대한 액적 배치 및 각각의 액적의 조성을 제어하는 것은 형성되는 진보된 폴리싱 패드의 기계적 및 폴리싱 특성들에 대해 영향을 미칠 수 있는 것으로 밝혀졌다.

본 명세서에서는 제1 폴리싱 요소들(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소들(206)을 형성하기 위해 2가지 조성물만이 일반적으로 논의되지만, 본 개시내용의 실시예들은 조성 경사를 통해 상호연결되는 복수의 재료를 이용하여 폴리싱 패드 상에 피쳐들을 형성하는 것을 포괄한다. 일부 구성들에서, 폴리싱 패드에서의 제1 폴리싱 요소들(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소들(206)의 조성은, 아래에 추가로 논의되는 바와 같이, 폴리싱 패드의 두께를 통하여 그리고/또는 폴리싱 표면에 평행한 평면 내에서 조정된다.

진보된 폴리싱 패드 내에서 그리고 진보된 폴리싱 패드에 걸쳐, 조성 경사들을 형성하는 능력, 및 화학물질 함량을 국소적으로 튜닝하는 능력은 도 3b에 예시된 액적들 "A" 및/또는 "B"를 형성하기 위해 이용되는 3D 프린팅 기술들에서의 저점도 "잉크들", 또는 "잉크 분사가능한(ink jettable)" 저점도 조성물들에 의해 가능해진다. 저점도 잉크들은 "예비-폴리머(pre-polymer)" 조성물들이고, 패드 바디(202)에서 발견되는 형성된 제1 폴리싱 요소들(204) 및 제2 폴리싱 요소들(206)에 대한 "프리커서들"이다. 저점도 잉크들은 종래의 기술들(예를 들어, 성형 및 캐스팅)에 의해서는 이용가능하지 않은 매우 다양한 화학물질들 및 불연속 조성물들의 전달을 가능하게 하고, 따라서 제어된 조성 전이들 또는 경사들이 패드 바디(202)의 상이한 영역들 내에 형성되는 것을 가능하게 한다. 이것은 점도 희석 반응성 희석제들(viscosity thinning reactive diluents)을 고점도 관능성 올리고머에 첨가 및 혼합하여 적절한 점도 제제를 달성하고, 그에 후속하여, 경화 디바이스(320)에 의해 전달되는 경화 에너지에 노출될 때 희석제(들)를 더 고점도의 관능성 올리고머와 공중합하는 것에 의해 달성된다. 반응성 희석제들은 또한 용매의 역할을 할 수 있고, 그에 의해 각각의 단계에서 제거되어야 하는 불활성의 비반응성 용매들 또는 희석제들(thinners)의 이용을 제거할 수 있다.

도 3a의 프리커서 전달 섹션(353) 및 프리커서 제제 섹션(354)을 참조하면, 일 실시예에서, 제1 프리커서(356)가 제2 프리커서(357) 및 희석제(358)와 혼합되어 제1 프린팅가능 잉크 조성물(359)을 형성하고, 이 잉크 조성물은 프린터(306B)의 저장소(304B)에 전달되고, 폴리싱 바디(202)의 부분들을 형성하기 위해 이용된다. 유사하게, 제3 프리커서(366)가 제4 프리커서(367) 및 희석제(368)와 혼합되어 새로운 제2 프린팅가능 잉크 조성물(369)을 형성할 수 있고, 이 잉크 조성물은 프린터(306A)의 저장소(304A)에 전달되고, 폴리싱 바디(202)의 다른 부분을 형성하기 위해 이용된다. 일부 실시예들에서, 제1 프리커서(356) 및 제3 프리커서(366)는 각각 올리고머, 예컨대 다관능성 올리고머를 포함하고, 제2 프리커서(357) 및 제4 프리커서(367)는 각각 다관능성 모노머를 포함하며, 희석제(358) 및 희석제(368)는 각각 반응성 희석제(예를 들어, 모노머) 및/또는 개시제(예를 들어, 광개시제)를 포함한다. 제1 프린팅가능 조성물(359)의 일례는, 25℃에서 약 1000 센티포아즈(cP) 내지 25℃에서 약 12,000 cP의 점도를 가질 수 있는 지방족 사슬 세그먼트들을 포함하는 반응성 이관능성 올리고머를 포함하는 제1 프리커서(356)를 포함할 수 있고, 이는 다음에 모노아크릴레이트와 같이 25℃에서 10 cP를 갖는 반응성 희석제(예를 들어, 희석제(358))와 혼합되고 그 반응성 희석제에 의해 희석되어, 새로운 점도를 갖는 새로운 조성물을 생성한다. 이와 같이 획득되는 프린팅가능 조성물은 25℃에서 약 80 cP 내지 약 110 cP의 점도, 및 70℃에서 약 15 cP 내지 약 30 cP의 점도를 나타낼 수 있고, 이것은 3D 프린터 잉크젯 노즐로부터 효과적으로 분배될 수 있다.

도 4a 내지 도 4f는 폴리싱 바디의 하나 이상의 영역에 걸쳐 조성 경사를 포함하는 진보된 폴리싱 패드들의 예들을 제공한다. 도 4a 내지 도 4d에서, 백색 픽셀 마크들은 제1 재료의 분배된 액적이 분배되는 곳을 개략적으로 예시하는 것으로 의도되는 한편, 흑색 픽셀 마크들은 폴리싱 패드를 형성하기 위해 이용되는 하나 이상의 층 내에 어떠한 재료도 분배되지 않는 곳을 예시한다. 이러한 기술들의 이용에 의해, 완전한 폴리싱 패드의 적어도 일부를 형성하기 위해 이용되는 프린팅된 층들에는, 경화된 재료, 또는 복수의 경화된 액적에 의해 형성되는 재료에서의 조성 경사들이 형성될 수 있다. 폴리싱 패드 내의 프린팅된 층들의 맞춤화된 조성은 폴리싱 패드의 전체적인 기계적 특성들을 조정하고 맞춤화하는 데에 이용될 수 있다. 폴리싱 피쳐들의 조성은 임의의 적합한 패턴으로 달라질 수 있다. 본 명세서에 설명된 폴리싱 패드들은 2가지 종류의 재료로 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 3가지 이상의 종류의 재료를 포함하는 폴리싱 패드들도 본 개시내용의 범위 내에 있으므로, 이러한 구성은 본 명세서에 제공된 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 도 2a 내지 도 2k의 폴리싱 패드들과 같은 폴리싱 패드의 임의의 설계들에서의 폴리싱 피쳐들의 조성들은 도 4a 내지 도 4f의 폴리싱 패드들과 유사한 방식으로 달라질 수 있다는 점에 유의해야 한다.

도 4a 및 도 4b는 제1 폴리싱 요소들(204) 및 제2 폴리싱 요소(들)(206)의 부분들을 포함하는 진보된 폴리싱 패드 내의 프린팅된 층의 픽셀 차트들을 반영하는 흑백 비트맵 이미지들이다. 도 4a 및 도 4b에서, 백색 픽셀 마크들은 제1 재료의 액적이 분배되는 곳인 한편, 흑색 픽셀 마크들은 어떠한 재료도 분배 및 경화되지 않는 곳이다. 도 4a는 진보된 폴리싱 패드(200) 내의 층의 제1 부분의 픽셀 차트(400a)이고, 도 4b는 동일한 진보된 폴리싱 패드의 제2 부분의 픽셀 차트(400b)이다. 제1 부분은 픽셀 차트(400a)에 따라 제1 프린트 헤드에 의해 분배될 수 있고, 제2 부분은 픽셀 차트(400b)에 따라 제2 프린트 헤드에 의해 분배될 수 있다. 2개의 프린트 헤드는 픽셀 차트들(400a, 400b)을 함께 중첩하여, 불연속 폴리싱 피쳐들을 포함하는 하나 이상의 층을 형성한다. 폴리싱 패드의 에지 영역 근처의 폴리싱 피쳐들은 제2 재료보다 제1 재료를 더 많이 포함한다. 폴리싱 패드의 중심 영역 근처의 폴리싱 피쳐들은 제1 재료보다 제2 재료를 더 많이 포함한다. 이러한 예에서, 각각의 폴리싱 피쳐는 제1 재료와 제2 재료의 고유한 조합을 갖는다. 일례에서, 제1 폴리싱 요소들(204)은 제1 재료와 제2 재료의 제1 조합을 포함하고, 제2 폴리싱 요소들(206)은 제1 재료와 제2 재료의 상이한 제2 조합을 포함한다. 그러므로, 픽셀 차트들의 이용에 의해, 폴리싱 바디는 진보된 폴리싱 패드의 원하는 폴리싱 성능을 달성하기 위해 폴리싱 바디의 상이한 부분들에서 재료 조성의 원하는 경사가 달성되도록 순차적으로 형성될 수 있다.

도 4c 및 도 4d는 피쳐들을 갖는 폴리싱 패드의 개략적인 픽셀 차트들(400c, 400d)이다. 일부 실시예들에서, 도 4c는 폴리싱 패드의 제1 부분의 픽셀 차트(400c)이고, 도 4d는 동일한 폴리싱 패드의 제2 부분의 픽셀 차트(400d)이다. 도 4c 및 도 4d에 따른 폴리싱 패드는, 폴리싱 바디의 재료 조성에서의 경사가 폴리싱 패드에 걸쳐 좌측과 우측 간에 달라진다는 점을 제외하면, 도 4a 및 도 4b의 폴리싱 패드와 유사하다.

도 4e는 폴리싱 표면(208)에 걸쳐(예를 들어, Y 방향) 재료 조성의 경사를 갖는 폴리싱 표면(208)을 형성하기 위해 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 형성되는 웨브 기반 폴리싱 패드(400e)의 개략도이다. 도 4e에 도시된 바와 같이, 폴리싱 재료는 제1 롤(481)과 제2 롤(482) 사이에서 플래튼(102) 위에 배치될 수 있다. 높은 저장 탄성률 및 낮은 저장 탄성률의 상이한 영역들을 갖는 웨브, 또는 심지어는 표준 폴리싱 패드를 구축함으로써, 폴리싱 프로세스의 각각의 페이즈 동안 원하는 기계적 특성들을 제공하기 위해 기판은 폴리싱 프로세스의 상이한 부분 동안 폴리싱 패드(400e) 상의 상이한 위치들 위에서 이동될 수 있다. 일례는 높은 탄성 계수를 갖는 폴리싱 패드(400e)의 평탄화 부분을 이용하여 기판의 초기 표면 텍스쳐를 급속하게 제거하고, 다음에 기판을 더 낮은 탄성 계수를 갖는 폴리싱 패드(400e)의 제2 부분으로 이동시켜 기판 표면을 버핑하고 스크래치 결함들을 감소시키는 것을 수반할 수 있다.

도 4f는 Z 방향으로 재료 조성의 경사를 갖는 폴리싱 베이스 층(491)을 형성하기 위해 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 형성되는 진보된 폴리싱 패드(400f)의 개략적인 측단면도이다. 폴리싱 베이스 층(491)의 적층된 프린팅된 층들의 재료 특성들 및/또는 재료 조성의 경사들은 한 방향에서 제2 재료에 대한 제1 재료의 고 농도로부터 저 농도로 변화할 수 있거나, 그 반대일 수 있다. 일부 경우들에서, 폴리싱 패드 내의 하나 이상의 영역은, 상이한 재료 특성들을 갖는 적어도 2가지 재료의 고/저/고 또는 저/고/저 농도 경사와 같이, 더 복합적인 농도 경사들을 포함할 수 있다. 일례에서, 농도 경사를 형성하는 적어도 2가지 재료는 상이한 저장 탄성률 E', E'30/E'90 비율, 탄젠트 델타, 또는 다른 유사한 파라미터를 갖는다. 일부 구성들에서, 진보된 폴리싱 패드(400f)는, 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)를 적어도 포함하는 불연속 영역들을 포함할 수 있는 폴리싱 요소 영역(494)을 포함할 수 있다. 일례에서, 폴리싱 요소 영역(494)은 도 2a 내지 도 2k에 도시된 구조물들 중 하나 이상을 포함하는 폴리싱 바디(202)의 일부를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 베이스 층(491)은 베이스 층(491) 내에 형성된 각각의 층 내에서 2가지 이상의 상이한 재료의 균질 혼합물을 포함한다. 일례에서, 균질 혼합물은 베이스 층(491) 내에 형성되는 각각의 층에 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)를 형성하기 위해 이용되는 재료들의 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 층 성장 방향(예를 들어, 도 3b의 Z 방향)으로 재료 조성의 경사를 형성하기 위해 재료들의 균질 혼합물의 조성을 층별로 변화시키는 것이 바람직하다. 균질 혼합물이라는 어구는, 각각의 층 내에 적어도 2가지 상이한 조성물을 갖는 프린팅된 액적들을 분배하고 경화함으로써 형성되고, 따라서 원하는 레졸루션으로 크기가 각각 정해지는 적어도 2가지 상이한 조성물의 작은 영역들의 혼합물을 포함할 수 있는 재료를 일반적으로 설명하는 것으로 의도된다. 폴리싱 베이스 층(491)과 폴리싱 요소 영역(494) 사이의 계면은 폴리싱 베이스 층(491)의 상부 표면 및 폴리싱 요소 영역(494)의 하부 표면에서 발견되는 재료들의 균질 블렌드를 포함할 수 있거나, 또는 폴리싱 요소 영역(494)의 제1 퇴적된 층 내의 상이한 재료 조성물이 폴리싱 베이스 층(491)의 표면 상에 직접 퇴적되는 불연속 전이(discrete transition)를 포함할 수 있다.

폴리싱 요소 영역(494), 또는 더 일반적으로는 위에서 설명된 폴리싱 바디들(202) 중 임의의 것의 일부 실시예들에서는, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면에 수직인 방향으로 제1 폴리싱 요소들(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소들(206) 내에 재료 조성의 경사를 형성하는 것이 바람직하다. 일례에서, (예를 들어, 폴리싱 표면의 반대편의) 폴리싱 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에서 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 피쳐들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면 근처의 프린팅된 층들 내에서 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 다른 예에서, 폴리싱 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에서 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면 근처의 프린팅된 층들 내에서 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 피쳐들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 낮은 저장 탄성률 E'를 이용하는 표면 피쳐들은 결함 제거 및 스크래치 감소를 위해 이용될 수 있고, 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들은 다이 및 어레이 스케일 평탄화를 증대시키기 위해 이용될 수 있다.

일 실시예에서, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면에 수직인 방향으로 제1 및/또는 제2 폴리싱 요소들을 형성하기 위해 이용되는 재료 내에서 재료 조성의 경사를 형성하는 것이 바람직하다. 일례에서, (예를 들어, 폴리싱 표면의 반대편의) 폴리싱 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에서 제2 폴리싱 요소들(206)을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면 근처의 프린팅된 층들 내에서 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 다른 예에서, 폴리싱 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에서 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 폴리싱 패드의 폴리싱 표면 근처의 프린팅된 층들 내에서 제2 폴리싱 요소들(206)을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 층은 1:1의 제1 프린팅된 조성물 대 제2 프린팅된 조성물의 재료 조성 비를 가질 수 있고, 제2 층에서는 2:1의 제1 프린팅된 조성물 대 제2 프린팅된 조성물의 재료 조성 비를 가질 수 있고, 제3 층에서는 3:1의 제1 프린팅된 조성물 대 제2 프린팅된 조성물의 재료 조성 비를 가질 수 있다. 일례에서, 제1 프린팅된 조성물은 제2 프린팅된 조성물보다 더 높은 저장 탄성률 E'를 포함하는 재료를 갖고, 제1, 제2 및 제3 층의 순차적인 성장의 방향은 진보된 폴리싱 패드의 지지 표면으로부터 멀어지는 방향이다. 퇴적된 층의 평면 내에서 프린팅된 액적들의 배치를 조정함으로써, 단일 층의 상이한 부분들 내에서 경사가 또한 형성될 수 있다.

진보된 폴리싱 패드 형성 프로세스의 예

일부 실시예들에서, 진보된 폴리싱 패드(200)의 구성은 폴리싱 패드 설계의 CAD 모델을 생성하는 것에 의해 시작된다. 이것은 Unigraphics 또는 다른 유사한 소프트웨어와 같은 기존의 CAD 설계 소프트웨어의 이용을 통해 행해질 수 있다. 다음에, 진보된 폴리싱 패드 설계가 설계 요건들(예를 들어, 수밀(water tight), 질량 밀도)을 충족시키는 것을 보장하기 위해, 모델링 소프트웨어에 의해 발생되는 출력 파일이 분석 프로그램으로 로딩된다. 다음에, 출력 파일이 렌더링된 다음, 3D 모델은 일련의 2D 데이터 비트맵들 또는 픽셀 차트들로 "슬라이싱"된다. 위에서 언급된 바와 같이, 2D 비트맵들 또는 픽셀 차트들은 X 및 Y 평면에 걸쳐 진보된 폴리싱 패드 내의 층들이 구축될 위치들을 정의하기 위해 이용된다. 일부 애디티브 제조 프로세스 응용들에서, 이러한 위치들은 레이저가 펄싱할 곳을 정의할 것이고, 다른 응용들에서는 노즐이 재료의 액적을 토출할 위치를 정의할 것이다.

픽셀 차트들에서 발견되는 좌표들은, 경화되지 않은 폴리머의 특정 액적이 예를 들어 폴리젯 프린트 헤드를 이용하여 배치될 위치를 정의하기 위해 이용된다. X 및 Y 위치에 대한 모든 좌표, 및 주어진 패드 지지 Z 스테이지 위치는 픽셀 차트들에 기초하여 정의될 것이다. 각각의 X, Y 및 Z 위치는 액적 분배 또는 액적 비분배 조건 중 어느 하나를 포함할 것이다. 프린트 헤드들은 구축 속도를 증가시키거나 추가적인 타입의 재료들을 퇴적하기 위해 X 및/또는 Y 방향으로 어레이로 어셈블링될 수 있다. 도 4a 내지 도 4d에 도시된 예들에서, 흑색 픽셀들은 노즐들이 재료들을 퇴적하지 않을 위치들을 표시하고, 백색 픽셀들은 노즐들이 재료들을 퇴적할 곳을 표시한다. 각각의 형성되는 층에서 재료 맵들 또는 픽셀 차트들을 결합함으로써, 임의의 바람직한 형상 또는 구조적 구성의 폴리싱 패드는 불연속 액적들을 서로의 근처에 위치지정하는 것에 의해 프린팅될 수 있다.

3D 프린터와 같은 애디티브 제조 디바이스는, 열가소성 폴리머들의 퇴적, 감광성 수지 프리커서 조성물들의 퇴적 및 경화, 및/또는 분배된 분말 층의 레이저 펄스 타입 소결 및 융합에 의해 진보된 폴리싱 패드를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 진보된 폴리싱 패드 형성 프로세스는 UV 감응성 재료를 폴리젯 프린팅하는 방법을 포함할 수 있다. 이러한 구성에서, 프리커서 제제(예를 들어, 제1 프린팅가능 잉크 조성물(359))의 액적들은 액적 토출 프린터(306)의 노즐로부터 토출되고, 수지 프리커서 조성물이 구축 스테이지 상에 퇴적된다. 재료가 노즐들의 어레이로부터 퇴적됨에 따라, 재료는 방울들을 평탄한 막 층으로 평활화하거나 과잉 재료를 멀리 이송하기 위한 롤러 또는 다른 수단을 이용하여 레벨링될 수 있다. 액적이 분배되고 있는 동안, 그리고/또는 그 직후에, UV 램프 또는 LED 복사 소스가 퇴적된 층 위로 지나가서, 분배된 액적들을 고체 폴리머 네트워크로 경화 또는 부분적으로 경화한다. 이러한 프로세스는 패드 모델의 최종 실시예가 기계적으로 건전(sound)하다는 것을 보장하기 위해, 층 내에서와 층들 사이에서의 적절한 응집으로 층의 최상부 상에 층을 구축한다.

구축 프로세스를 통하여 폴리머 응력을 더 양호하게 제어하기 위해, 층들 중 하나 이상의 형성 동안 열이 추가될 수 있다. 열의 전달은 각각의 경화된 또는 부분적으로 경화된 층에 형성된 폴리머 네트워크가 이완되고, 그에 의해 막 내에서 응력을 감소시키고 응력 이력을 제거하는 것을 허용한다. 막 내의 응력은 폴리싱 패드 형성 프로세스 동안 또는 폴리싱 패드 형성 프로세스 후에 폴리싱 패드의 원하지 않는 변형을 초래할 수 있다. 부분적으로 형성된 폴리싱 패드가 프린터의 구축 트레이 상에 있는 동안 이 폴리싱 패드를 가열하면, 최종 패드 특성들이 층별 프로세스를 통해 설정되고, 예측가능한 패드 조성 및 폴리싱 결과가 달성될 수 있다는 것이 보장된다. 폴리싱 패드 형성 프로세스에 열을 유도하는 것에 추가하여, 성장하는 폴리싱 패드를 둘러싸는 영역은 경화되지 않은 수지에 대한 산소 노출을 감소시키도록 개질될 수 있다. 이것은 진공을 이용하는 것에 의해, 또는 질소(N₂)나 다른 불활성 가스로 구축 챔버를 플러딩하는 것에 의해 행해질 수 있다. 성장하는 패드 위에서의 산소의 감소는 자유 라디칼 중합 반응의 억제를 감소시킬 것이고, 분배된 액적들의 더 완전한 표면 경화를 보장한다.

제제 및 재료의 예들

위에서 논의된 바와 같이, 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)와 같은 패드 바디(202)의 부분들을 형성하기 위해 이용되는 재료들은, 진보된 폴리싱 패드의 원하는 특성들을 달성하기 위해 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 반응성 희석제 및 경화제의 혼합물일 수 있는 적어도 하나의 잉크 분사가능한 예비-폴리머 조성물(ink jettable pre-polymer composition)로 각각 형성될 수 있다. 일반적으로, 예비-폴리머 잉크들 또는 조성물들은, 경화제 또는 화학적 개시제를 이용하거나 이용하지 않고서, 복사 또는 열 에너지와의 접촉 또는 노출을 포함하는 임의의 수의 수단의 이용에 의해 퇴적 후에 처리될 수 있다. 일반적으로, 퇴적된 재료는 자외선 복사(UV), 감마선, X-레이 복사, 가시 복사, IR 복사, 및 마이크로파 복사를 포함할 수 있는 전자기 복사에 노출될 수 있고, 또한 중합 반응들을 개시하기 위해 가속된 전자들 및 이온 빔들이 이용될 수 있다. 본 개시내용의 목적을 위해, 경화의 방법, 또는 증감제들(sensitizers), 개시제들, 및/또는 경화제들, 예컨대 관통 경화제들(through cure agents) 또는 산소 억제제들과 같이 중합을 돕는 첨가제들의 이용을 한정하지는 않는다.

일 실시예에서, 단일 패드 바디(202) 내의 제1 및 제2 폴리싱 요소(204 및 206)와 같은 2개 이상의 폴리싱 요소는 적어도 하나의 복사 경화가능한 수지 프리커서 조성물의 순차적인 퇴적 및 퇴적후 처리로 형성될 수 있고, 여기서 조성물들은 비닐 기, 아크릴 기, 메타크릴 기, 알릴 기 및 아세틸렌 기를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 불포화 화학적 모이어티들(unsaturated chemical moieties) 또는 기들을 갖는 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 모노머 및/또는 반응성 희석제를 함유한다. 폴리싱 패드 형성 프로세스 동안, 불포화 기들은, 독일 Ludwigshafen의 BASF에 의해 제조된 Irgacure^® 제품과 같은 자유 라디칼 발생 광개시제(free radical generating photoinitiator)와 같은 경화제의 존재 시에, UV 복사와 같은 복사에 노출될 때 자유 라디칼 중합(free radical polymerization)을 겪을 수 있다.

본 명세서에 제공된 본 개시내용의 실시예들 중 하나 이상에서 2가지 타입의 자유 라디칼 광개시제가 이용될 수 있다. 본 명세서에서 벌크 경화 광개시제라고도 지칭되는 제1 타입의 광개시제는, UV 복사에 대한 노출 시에 분할(cleave)되어, 중합을 개시할 수 있는 자유 라디칼을 즉시 산출해내는 개시제이다. 제1 타입의 광개시제는 분배된 액적들의 표면 경화 및 관통 또는 벌크 경화 둘 다에 유용할 수 있다. 제1 타입의 광개시제는, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 아세틸 페논, 알킬 페논, 및 포스핀 옥사이드를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 본 명세서에서 표면 경화 광개시제라고도 지칭되는 제2 타입의 광개시제는, UV 복사에 의해 활성화되고 실제 개시 자유 라디칼로 되는 제2 화합물로부터의 수소 추출(hydrogen abstraction)에 의해 자유 라디칼들을 형성하는 광개시제이다. 이러한 제2 화합물은 공개시제(co-initiator) 또는 중합 상승작용제라고 종종 지칭되며, 아민 상승작용제일 수 있다. 아민 상승작용제들은 산소 억제를 감소시키기 위해 이용되고, 따라서, 제2 타입의 광개시제는 빠른 표면 경화에 유용할 수 있다. 제2 타입의 광개시제는, 벤조페논 화합물들 및 티오크산톤 화합물들을 포함하지만 이에 한정되지는 않는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 아민 상승작용제는 활성 수소를 갖는 아민일 수 있고, 일 실시예에서, a) 산소 억제를 제한하고, b) 액적 또는 층 표면의 치수들을 고정하도록 액적 또는 층 표면을 빠르게 경화하고, c) 경화 프로세스를 통하여 층 안정성을 증가시키기 위해, 아민 함유 아크릴레이트와 같은 아민 상승작용제가 수지 프리커서 조성물 제제 내의 벤조페논 광개시제와 결합될 수 있다. 일부 경우들에서, 자유 라디칼 경화 메커니즘을 늦추거나 억제하는 2원자 산소에 의한 자유 라디칼 ??칭(free radical quenching)을 지연시키거나 방지하기 위해, 불활성 가스 분위기와 같이 산소가 제한되거나 산소가 없는 경화 분위기 또는 환경, 및 건조되고 탈가스되고(degassed) 산소가 거의 없는 화학 시약들이 선택될 수 있다.

진보된 폴리싱 패드가 형성될 때 하부 층들을 경화 에너지에 반복적으로 노출시키는 것은 이러한 하부 층들의 특성들에 영향을 미칠 것이므로, 프린팅된 제제 내의 화학적 개시제의 양을 제어하는 것은 형성되는 진보된 폴리싱 패드의 특성들을 제어하는 데에 중요한 인자인 것으로 밝혀졌다. 다시 말하면, 퇴적된 층들을 소정 양의 경화 에너지(예를 들어, UV 광, 열 등)에 반복적으로 노출시키는 것은 형성된 층들 각각 내에서의 해당 층의 표면의 경화 또는 과다 경화의 정도에 영향을 미칠 것이다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 표면이 먼저 경화되어, 추가적인 UV 광이 표면 경화된 영역 아래의 재료에 도달하는 것을 차단하고, 그에 의해 전체적인 부분적으로 경화된 구조물이 "과소 경화(under-cured)"되게 할 것이므로, 표면 경화 동역학이 관통 경화(벌크 경화)보다 더 빠르지 않은 것을 보장하는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서는, 적절한 사슬 연장 및 가교결합을 보장하기 위해 광개시제의 양을 감소시키는 것이 바람직하다. 일반적으로, 더 높은 분자량의 폴리머들은 더 느리게 제어되는 중합으로 형성될 것이다. 반응 산물들이 지나치게 많은 라디칼을 포함하는 경우, 반응 동역학은 지나치게 신속하게 진행할 수 있고, 분자량들은 낮을 것이며, 이것은 결국 경화된 재료의 기계적 특성들을 감소시킬 것이라고 여겨진다.

일부 실시예들에서, 제1 및 제2 폴리싱 요소(204 및 206)는, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르, 폴리옥시메틸렌, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리실록산, 폴리술폰, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 멜라민, 폴리술폰, 폴리비닐 재료, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 할로겐화 폴리머, 블록 코폴리머들 및 이들의 코폴리머들로부터 선택된 적어도 하나의 올리고머 및/또는 폴리머 세그먼트, 화합물 또는 재료를 함유할 수 있다. 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)를 형성하기 위해 이용되는 조성물들의 생성 및 합성은, 화학 구조 A에 도시된 것과 같이, 전술한 폴리머 및/또는 분자 세그먼트들 중 적어도 하나를 갖는 적어도 하나의 UV 복사 경화가능한 관능성 및 반응성 올리고머를 이용하여 달성될 수 있다:

화학 구조 A로 표현된 바와 같은 이관능성 올리고머인 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트는 패드 바디(202) 내의 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)에서 발견되는 재료들의 낮은, 중간 및 높은 저장 탄성률 E' 특성에 기여할 수 있는 세그먼트들을 함유한다. 예를 들어, 방향족 기들은, 페닐 고리들(phenyl rings)에 의해 부여되는 소정의 국소적 강성(local rigidity) 때문에, 패드 바디(202)에 추가의 강성도를 부여할 수 있다. 그러나, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 에테르 사슬 세그먼트(ether chain segment) "n"을 증가시키는 것은 저장 탄성률 E'를 저하시킬 것이고, 따라서 가요성이 증가된 더 연질의 재료를 생성할 것이라는 점을 인식할 것이다. 일 실시예에서, 화학 구조 B에 도시된 바와 같이, 소정의 고무-유사 탄성 연신율(rubber-like elastic elongation)을 갖는 더 연질이고 더 탄성있는 조성물을 생성하기 위해, 고무-유사 반응성 올리고머인 폴리부타디엔 디아크릴레이트가 이용될 수 있다:

폴리부타디엔 디아크릴레이트는, 다른 반응되지 않은 불포화 사이트들(unreacted sites of unsaturation)과의 가교결합 반응을 겪을 수 있는 펜던트 알릴 관능기(pendant allylic functionality)(도시됨)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 폴리부타디엔 세그먼트 "m" 내의 잔류 이중 결합들은 가역적 엘라스토머 특성들(reversible elastomeric properties)을 초래할 수 있는 가교결합들을 생성하도록 반응된다. 일 실시예에서, 조성적 가교결합들(compositional crosslinks)을 포함하는 진보된 폴리싱 패드는 약 5% 내지 약 40%의 연신율(percent elongation), 및 약 6 내지 약 15의 E'30:E'90 비율을 가질 수 있다. 일부 가교결합 화학물질들의 예들은 황 가황(sulfur vulcanization) 및 퍼옥사이드, 예컨대 tert-부틸 퍼벤조에이트(tert-butyl perbenzoate), 디쿠밀 퍼옥사이드(dicumyl peroxide), 벤조일 퍼옥사이드(benzoyl peroxide), 디-tert-부틸 퍼옥사이드(di-tert-butyl peroxide) 등을 포함한다. 일 실시예에서, 가교결합 밀도가 적어도 약 2%이도록 가교결합들을 형성하기 위해, 전체 제제 중량을 기준으로 하여 3% 벤조일 퍼옥사이드가 폴리부타디엔 디아크릴레이트와 반응된다.

화학 구조 C는 진보된 폴리싱 패드에 가요성 및 신장성(elongation)을 부여할 수 있는 재료인 다른 타입의 반응성 올리고머인 폴리우레탄 아크릴레이트를 표현한다. 우레탄 기들을 함유하는 아크릴레이트는 지방족 또는 방향족 폴리우레탄 아크릴레이트일 수 있고, 이 구조에 도시된 R 또는 R' 기들은 지방족, 방향족, 올리고머일 수 있고, 산소와 같은 헤테로원자들을 포함할 수 있다.

반응성 올리고머는 아크릴 사이트(acrylic site)와 같은 적어도 하나의 반응성 사이트를 포함할 수 있고, 단관능성, 이관능성, 삼관능성, 사관능성, 오관능성 및/또는 육관능성일 수 있으며, 따라서 가교결합을 위한 포커스들의 역할을 할 수 있다. 도 5b는 3D 프린팅가능 잉크 조성물들을 생성하는 데에 유용할 수 있는 일부 경화된 반응성 올리고머에 대한 응력 대 변형률의 플롯이다. 올리고머는 "연질" 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료들, "중간 연질" 또는 중간 저장 탄성률 E' 재료들, 또는 "경질" 또는 높은 저장 탄성률 E' 재료들을 표현할 수 있다(예를 들어, 표 1). 도시된 바와 같이, 저장 탄성률 E'(예를 들어, 기울기 또는 Δy/Δx)는, 연질이고 가요성이며 신장가능한 폴리우레탄 아크릴레이트로부터, 아크릴 아크릴레이트로, 다음에 폴리에스테르 아크릴레이트로, 다음에 시리즈 내에서 가장 경질인, 경질이며 높은 저장 탄성률 E"의 에폭시 아크릴레이트로 갈수록 증가한다. 도 5b는 진보된 폴리싱 패드의 제조에 유용할 수 있는 저장 탄성률 E' 재료 또는 저장 탄성률 E' 재료들의 모음이나 혼합물을 선택할 수 있는 방법을 예시한다. 관능성 올리고머는, 펜실베니아주 Exton의 Sartomer USA, 미국 코네티컷주 Torrington의 Dymax Corporation, 미국 조지아주 Alpharetta의 Allnex Corporation을 포함하는 다양한 소스들로부터 획득될 수 있다.

본 개시내용의 실시예들에서, 이관능성, 삼관능성, 사관능성 및 그 이상의 관능성의 아크릴레이트를 포함하는 다관능성 아크릴레이트는 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)를 형성하기 위해 이용되는 재료 내에서, 및/또는 제1 폴리싱 요소 및 제2 폴리싱 요소에서 발견되는 재료들 사이에서 가교결합들을 생성하고, 그에 의해 저장 탄성률 E', 점성 댐프닝(viscous dampening), 반발, 압축, 탄성, 연신율 및 유리 전이 온도를 포함하는 폴리싱 패드 특성들을 조정하기 위해 이용될 수 있다. 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)를 형성하기 위해 이용되는 다양한 재료들 내에서의 가교결합의 정도를 제어함으로써, 바람직한 패드 특성들이 형성될 수 있다고 밝혀졌다. 일부 구성들에서, 저점도의 재료 군은 선형, 분지형(branched) 및/또는 시클릭(cyclic)과 같은 더 다양한 분자 아키텍쳐들뿐만 아니라, 더 넓은 범위의 분자 중량들을 제공하며, 이는 결국 제제 및 프로세스 윈도우를 넓게 하므로, 다관능성 아크릴레이트는 폴리싱 패드 제제 내에서 강성 방향족들을 대신하여 유리하게 이용될 수 있다. 다관능성 아크릴레이트의 일부 예들은 화학 구조 D(1,3,5-트리아크릴로일헥사하이드로-1,3,5-트리아진) 및 화학 구조 E(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트)에 도시되어 있다:

본 개시내용의 실시예들에서, 가교결합들이 형성되게 하는 메커니즘(들), 화학 구조 또는 가교결합제의 타입은 한정되지는 않는다. 예를 들어, 아민 함유 올리고머는 아크릴 모이어티와의 마이클 첨가 타입 반응(Michael addition type reaction)을 겪어, 공유 가교결합을 형성할 수 있고, 또는 아민 기가 에폭시드 기와 반응하여 공유 가교결합을 생성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 가교결합들은 이온 또는 수소 결합에 의해 형성될 수 있다. 가교결합제는 선형, 분지형 또는 시클릭 분자 세그먼트들을 함유할 수 있고, 올리고머 및/또는 폴리머 세그먼트들을 더 함유할 수 있으며, 질소 및 산소와 같은 헤테로원자들을 함유할 수 있다. 폴리싱 패드 조성물들에 유용할 수 있는 가교결합 화학적 화합물들은, 미국 미주리주 St. Louis의 Sigma-Aldrich, 펜실베니아주 Exton의 Sartomer USA, 미국 코네티컷주 Torrington의 Dymax Corporation, 및 미국 조지아주 Alpharetta의 Allnex Corporation을 포함하는 다양한 소스들로부터 입수가능하다.

본 명세서에 언급된 바와 같이, 반응성 희석제들은 적절한 점도 제제를 달성하기 위해 고점도의 관능성 올리고머와 혼합되는 점도 희석 용매들(viscosity thinning solvents)로서 이용될 수 있고, 그에 후속하여, 경화 에너지에 노출될 때 이 희석제(들)를 더 고점도의 관능성 올리고머와 공중합한다. 일 실시예에서, n~4일 때, 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트의 점도는 25℃에서 약 1350 센티포아즈(cP)일 수 있고, 이러한 점도는 3D 프린팅 프로세스에서 이러한 재료의 분배를 시행하기에는 지나치게 높을 수 있다. 그러므로, 점도를 25℃에서 약 1 cP 내지 약 100 cP, 예컨대 25℃에서 약 1 cP 내지 약 20 cP로 저하시키기 위해, 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트를 더 저점도의 반응성 희석제들, 예컨대 낮은 분자량의 아크릴레이트와 혼합하는 것이 바람직할 수 있다. 이용되는 반응성 희석제의 양은 제제 성분들 및 희석제(들) 자체의 점도에 종속한다. 예를 들어, 타겟 점도를 달성하기 위해, 1000 cP의 반응성 올리고머는 제제의 적어도 40 중량% 희석을 요구할 수 있다. 반응성 희석제들의 예들이 화학 구조 F(이소보르닐 아크릴레이트), 화학 구조 G(데실 아크릴레이트) 및 화학 구조 H(글리시딜 메타크릴레이트)에 도시되어 있다:

25℃에서의 F-G의 각각의 점도들은 각각 9.5 cP, 2.5 cP, 및 2.7 cP이다. 반응성 희석제들은 또한 다관능성일 수 있고, 따라서 폴리머 네트워크들을 생성하는 가교결합 반응들 또는 다른 화학 반응들을 겪을 수 있다. 일 실시예에서, 글리시딜 메타크릴레이트(H)는 반응성 희석제의 역할을 하고, 혼합물의 점도가 약 15 cP이도록 이관능성 지방족 우레탄 아크릴레이트와 혼합된다. 대략적인 희석 배율(approximate dilution factor)은 약 2:1 내지 약 10:1, 예컨대 약 5:1일 수 있다. 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트와 같은 아민 아크릴레이트가 제제의 약 10 중량%이도록 이러한 혼합물에 첨가될 수 있다. 혼합물을 약 25℃로부터 약 75℃로 가열하면, 아민과 에폭시드의 반응, 및 아크릴화 아민 및 아크릴화 에폭시드의 부가 부가물(adduct)의 형성이 야기된다. 다음에, Irgacure^® 651과 같은 적합한 자유 라디칼 광개시제가 제제의 2 중량%로 첨가될 수 있고, 혼합물은 기판 상에 20 미크론 두께의 층이 형성되도록 적합한 3D 프린터에 의해 분배될 수 있다. 다음에, 얇은 폴리머 막을 생성하기 위해, 액적 또는 층을, 약 10 내지 약 50 mJ/㎠의 세기에서 주사 UV 다이오드 레이저를 이용하여 약 200nm 내지 약 400nm의 UV 광에 약 0.1㎲ 내지 약 10초, 예컨대 약 15초 동안 노출시킴으로써, 층이 경화될 수 있다. 3D 프린팅된 폴리싱 패드 조성물들에 유용할 수 있는 반응성 희석제 화학적 화합물들은, 미국 미주리주 St. Louis의 Sigma-Aldrich, 펜실베니아주 Exton의 Sartomer USA, 미국 코네티컷주 Torrington의 Dymax Corporation, 및 미국 조지아주 Alpharetta의 Allnex Corporation을 포함하는 다양한 소스들로부터 입수가능하다.

폴리싱 패드들의 제조에서 유용할 수 있는 복사 경화의 다른 방법은 UV 또는 저 에너지 전자 빔(들)에 의해 개시되는 양이온 경화(cationic cure)이다. 에폭시 기 함유 재료들은 양이온 경화가능할 수 있고, 에폭시 기들의 개환 중합(ring opening polymerization)은 양성자들(protons) 및 루이스 산들과 같은 양이온들에 의해 개시될 수 있다. 에폭시 재료들은 모노머, 올리고머 또는 폴리머일 수 있고, 지방족, 방향족, 시클로지방족(cycloaliphatic), 아릴지방족(arylaliphatic) 또는 헤테로시클릭(heterocyclic) 구조들을 가질 수 있고; 지환족(alicyclic) 또는 헤테로시클릭 고리 시스템의 일부를 형성하는 기들 또는 측기들(side groups)로서 에폭시드 기들을 또한 포함할 수 있다.

UV 개시 양이온 광중합(UV-initiated cationic photopolymerization)은, 자유 라디칼 광중합과 비교하여, 더 낮은 수축, 더 양호한 투명도(clarity), 리빙 중합(living polymerization)을 통한 더 양호한 관통 경화, 및 산소 억제의 결여를 포함하는 수개의 이점을 나타낸다. UV 양이온 중합은, 에폭시드, 비닐 에테르, 프로페닐 에테르, 실록산, 옥세탄, 시클릭 아세탈 및 포르말(cyclic acetals and formals), 시클릭 술파이드, 락톤 및 락탐과 같이, 자유 라디칼 수단에 의해서는 중합될 수 없는 중요한 부류들의 모노머들을 중합할 수 있다. 이러한 양이온 중합가능 모노머들은 본 명세서에 설명된 바와 같은 탄소-탄소 이중 결합을 통한 자유 라디칼 중합을 또한 겪을 수 있는 글리시딜 메타크릴레이트(화학 구조 H)와 같은 불포화 모노머들 둘 다를 포함한다. UV 광(~225 내지 300nm) 또는 전자 빔으로 조사될 때 광산(photoacid)을 발생시키는 광개시제들은, 독일 Ludwigshafen의 BASF로부터 획득될 수 있는(Irgacure® 제품) 아릴 오늄 염들(aryl onium salts), 예컨대 아이오도늄(iodonium) 및 술포늄 염들(sulfonium salts), 예컨대 트리아릴술포늄 헥사플루오로포스페이트 염들(triarylsulfonium hexafluorophosphate salts)을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.

일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206), 및 그에 따른 단일 패드 바디(202)를 형성하기 위해 이용되는 재료(들)는 적어도 하나의 복사 경화가능한 수지 프리커서 조성물의 순차적인 퇴적 및 양이온 경화로부터 형성될 수 있고, 여기서 조성물들은 에폭시 기들을 갖는 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 모노머 및/또는 반응성 희석제를 함유한다. 혼합된 자유 라디칼 및 양이온 경화 시스템들은 비용을 절약하고 물리적 특성들을 밸런싱하기 위해 이용될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)는 적어도 하나의 복사 경화가능한 수지 프리커서 조성물의 순차적인 퇴적 및 양이온 및 자유 라디칼 경화로부터 형성될 수 있고, 여기서 조성물들은, 아크릴 기들 및 에폭시 기들을 갖는 관능성 폴리머, 관능성 올리고머, 모노머, 반응성 희석제를 함유한다. 다른 실시예에서, 일부 양이온 경화 시스템들에 고유한 광 흡수의 결여 및 투명도를 이용하기 위해, 아래에 추가로 논의되는 관측 윈도우 또는 CMP 종료점 검출 윈도우는 양이온 방법에 의해 경화되는 조성물로 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 형성되는 진보된 폴리싱 패드 내의 층들 중 일부는 양이온 경화 방법의 이용에 의해 형성될 수 있고, 이러한 층들 중 일부는 자유 라디칼 경화 방법으로부터 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 3D 프린팅된 폴리머 층들은 형성되는 진보된 폴리싱 패드(200)에서 발견되는 선택된 재료 층들의 하나 이상의 패드 특성을 증대시키기 위해 이용되는 무기 및/또는 유기 입자들을 함유할 수 있다. 3D 프린팅 프로세스는 층마다 적어도 하나의 조성물의 층별의 순차적인 퇴적을 수반하므로, 특정 패드 특성을 획득하고/하거나 특정 기능을 수행하기 위해 패드 층 상에 또는 패드 층 내에 배치되는 무기 또는 유기 입자들을 추가적으로 퇴적하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 무기 또는 유기 입자들은 25 나노미터(nm) 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위의 크기일 수 있고, 액적 토출 프린터(306)에 의해 분배되기 전에 프리커서 재료들에 첨가될 수 있거나, 도는 1 내지 약 50 중량 퍼센트(wt%)의 비율로 경화되지 않은 프린팅된 층에 첨가될 수 있다. 극한 인장 강도를 개선하고, 항복 강도를 개선하고, 온도 범위에 걸친 저장 탄성률의 안정성을 개선하고, 열 전달을 개선하고, 표면 제타 전위를 조정하고, 그리고/또는 표면의 표면 에너지를 조정하기 위해, 진보된 폴리싱 패드 형성 프로세스 동안 무기 또는 유기 입자들이 첨가될 수 있다. 입자 타입, 화학적 조성, 또는 크기, 및 첨가된 입자들은 응용에 따라 또는 달성될 원하는 효과에 따라 달라질 수 있다. 일부 실시예들에서, 입자들은 금속간 화합물(intermetallics), 세라믹, 금속, 폴리머, 및/또는 금속 산화물, 예컨대 세리아, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 질화물, 탄화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일례에서, 패드 상에, 위에 또는 내에 배치되는 무기 또는 유기 입자들은 진보된 폴리싱 패드의 기계적 특성들 및/또는 열 전도율을 개선하기 위해 PEEK, PEK, PPS, 및 다른 유사한 재료들과 같은 고성능 폴리머들의 입자들을 포함할 수 있다. 3D 프린팅된 폴리싱 패드에 통합되는 입자들은 또한 가교결합을 위한 포커스들의 역할을 할 수 있고, 이것은 중량 퍼센트 로딩(percent by weight loading)에 종속하여 더 높은 저장 탄성률 E'를 초래할 수 있다. 다른 예에서, 세리아와 같은 극성 입자들(polar particles)을 함유하는 폴리머 조성물은 패드 표면에서의 극성 재료들 및 액체들, 예컨대 CMP 슬러리들에 대해 추가 친화도(affinity)를 가질 수 있다.

진보된 폴리싱 패드 특성들

제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)를 적어도 포함하는 패드 바디(202)를 갖는 진보된 폴리싱 패드(200)를 형성하는 것의 이점은 단일 재료 조성물로 형성된 패드 바디에서는 발견되지 않는 기계적, 구조적 및 동적 특성들을 갖는 구조물을 형성하는 능력이다. 일부 실시예들에서, 제1 폴리싱 요소(204)가 위에 배치되고 제2 폴리싱 요소(206)의 일부(예를 들어, 도 2a의 부분(212A))에 의해 지지되는 적어도 하나의 영역을 포함하는 폴리싱 바디(202)를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서, 바람직한 기계적, 구조적 및 동적 특성들, 및 종래의 폴리싱 패드 설계들에 비해 개선된 폴리싱 성능을 갖는 진보된 폴리싱 패드를 형성하기 위해, 구조적 구성 및 2가지 재료의 특성들의 조합이 이용될 수 있다.

제1 폴리싱 요소(들)(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소(들)(206)의 재료들, 및 이러한 재료들의 화학 구조들은 전술한 화학물질들을 이용하여 "튜닝된" 벌크 재료를 달성하도록 선택될 수 있다. 이러한 "튜닝된" 벌크 재료로 형성되는 진보된 폴리싱 패드(200)는 개선된 폴리싱 결과들, 감소된 제조 비용, 연장된 패드 수명과 같은 다양한 이점들을 갖는다. 일 실시예에서, 전체로서 측정될 때의 진보된 폴리싱 패드(200)는 약 25 쇼어 A 내지 약 75 쇼어 D의 경도, 5 MPa 내지 약 75 MPa의 인장 강도, 약 5% 내지 약 350%의 파단 연신율(elongation at break), 약 10 MPa 초과의 전단 강도, 및 약 5 MPa 내지 약 3000 MPa의 저장 탄성률 E'를 가질 수 있다.

위에서 논의된 바와 같이, 폴리싱된 기판 상에서 개선된 폴리싱 결과를 달성하기 위해, 상이한 기계적 특성들을 갖는 재료들이 제1 폴리싱 요소(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소(206)에서 이용되도록 선택될 수 있다. 형성된 제1 폴리싱 요소(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소(206)에서 발견되는 재료(들)의 저장 탄성률 E'와 같은 기계적 특성들은 폴리싱 요소 형성 프로세스 동안 이용되는 상이한 퇴적후 처리 단계들(예를 들어, 경화 프로세스들)을 선택하고/하거나 상이한 재료들, 재료 조성물들을 선택함으로써 생성될 수 있다. 일 실시예에서, 제2 폴리싱 요소(206)는 더 낮은 경도 값 및 더 낮은 값의 저장 탄성률 E'를 가질 수 있는 한편, 제1 폴리싱 요소(204)는 더 높은 경도 값 및 더 높은 값의 저장 탄성률 E'를 가질 수 있다. 다른 실시예에서, 저장 탄성률 E'는 각각의 폴리싱 요소(204, 206) 내에서, 그리고/또는 폴리싱 패드의 폴리싱 표면에 걸친 다양한 상이한 위치들에서 조정될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소들(204)은 약 40 쇼어 D 스케일 내지 약 90 쇼어 D 스케일의 경도를 가질 수 있다. 제2 폴리싱 요소(206)는 약 26 쇼어 A 스케일 내지 약 95 쇼어 A 스케일의 경도 값을 가질 수 있다. 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)는, 단일 패드 바디(202) 내의 복수의 경계들에서 함께 섞이고(co-mingled) 화학적으로 결합되는 상이한 화학적 조성물들을 각각 포함할 수 있다.

본 개시내용의 목적을 위해, 그리고 본 명세서에 제공된 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도하지 않고서, 진보된 폴리싱 패드(200) 내의 제1 폴리싱 요소들(204) 및 제2 폴리싱 요소들(206)을 위한 30℃(E'30) 및 90℃(E'90)의 온도들에서의 바람직한 낮은, 중간, 및/또는 높은 저장 탄성률 E' 특성들을 갖는 재료들이 표 2에 요약되어 있다.

진보된 폴리싱 패드(200)의 일 실시예에서, 폴리싱 프로세스 동안, 기판(110)의 표면이 제1 폴리싱 요소들(204)의 폴리싱 표면(208)을 이용하여 폴리싱되도록, 복수의 제1 폴리싱 요소(204)는 하나 이상의 제2 폴리싱 요소(206) 위로 돌출되도록 구성된다. 일 실시예에서, 벌크 재료 폴리싱 단계 동안 바람직한 평면성, 폴리싱 효율 및 감소된 디싱을 보장하기 위해, 표 2에 정의된 것과 같은 높은 저장 탄성률 E'를 갖는 재료를 이용하여, 폴리싱 프로세스 동안 기판의 표면에 접촉하는 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 일 실시예에서, 버핑 또는 잔류 재료 제거 단계 동안 바람직한 평면성, 폴리싱 효율 및 감소된 디싱을 보장하기 위해, 낮은 또는 중간 저장 탄성률 E'를 갖는 재료를 이용하여, 폴리싱 프로세스 동안 기판의 표면에 접촉하는 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하는 것이 바람직할 수 있다.

일부 실시예들에서, 제1 폴리싱 요소들(204)의 저장 탄성률은 패드 글레이징의 영향을 최소화하도록 조정되는데, 이러한 패드 글레이징은 이용된 폴리싱 패드의 글레이징된 표면을 연마하는 프로세스(즉, 패드 컨디셔닝)의 부재 시에 폴리싱 프로세스 제거율들이 시간의 경과에 따라 감소되게 한다. 패드 글레이징은 기판의 표면에 접촉하는 재료들의 소성 변형(plastic deformation)에 의해 야기되며, 이는 패드 표면 상의 전단력들이 접촉 재료의 "콜드 플로우(cold flow)" 또는 소성 변형을 야기할 때 전단 탄성률(shear modulus)(G')에 반비례한다고 여겨진다. 등방성 고체에 대해, 전단 탄성률은 일반적으로 다음의 수학식: G' = E'/2(1+ν)에 의해 저장 탄성률에 관련되며, 여기서 ν는 푸아송 비이다. 따라서, 낮은 전단 탄성률, 및 그에 따른 낮은 저장 탄성률을 갖는 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료들은 더 빠른 속도의 소성 변형, 및 그에 따른 글레이징된 영역들의 형성을 가질 것이다. 그러므로, 위에서 정의된 바와 같이, 높은 저장 탄성률 E' 및/또는 경도를 갖는 재료로 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하는 것이 또한 바람직할 수 있다.

폴리싱 패드의 글레이징된 표면이 패드 컨디셔닝 프로세스의 이용에 의해 회복될 수 있는 것을 보장하기 위해, 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료(들)가 바람직한 인장 강도 및 파괴 연신율(percent elongation at fracture)을 갖는 것이 또한 바람직하다. 일부 실시예들에서, 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료의 극한 인장 강도(UTS)는 약 250psi 내지 9,000psi이다. 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료의 UTS가 더 높을수록, 패드 컨디셔닝 프로세스를 수행하기 전에, 수행하는 동안, 또는 수행한 후에, 폴리싱 패드 재료는 더 큰 내구성을 가질 것이고 미립자를 형성하는 경향은 더 적을 것으로 여겨진다. 일례에서, 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료의 UTS는 약 5,000psi 내지 약 9,000psi이다. 일부 실시예들에서, 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료의 파괴 연신율은 약 5% 내지 200%이다. 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료의 파괴 연신율이 더 낮을수록, 재료는 덜 변형가능하게 될 것이고, 따라서 연마재 캡쳐(abrasive capture) 및 슬러리 이송을 허용하는 표면 마이크로텍스쳐 또는 돌기들(asperities)을 유지하기가 더 쉬워질 것으로 여겨진다. 일 실시예에서, 기판의 폴리싱된 표면에 터치하도록 구성되는 제1 폴리싱 요소들(204)을 형성하기 위해 이용되는 재료의 파괴 연신율은 약 5% 내지 약 40%로 조정된다.

폴리싱 동안 패드의 탄성 반발을 감소시키기 위해 바람직한 댐프닝 특성들을 갖는 폴리싱 패드를 또한 제공할 필요가 있는데, 탄성 반발은 처리 동안 패드의 반복 변형에 관련된 디싱 및 다른 부정적인 속성들을 초래할 수 있다. 그러므로, 폴리싱 동안 높은 저장 탄성률 E' 재료가 기판의 표면에 접촉할 필요성을 보상하기 위해, 제1 폴리싱 요소(204)를 지지하도록 위치되는 제2 폴리싱 요소(206)는 더 낮은 저장 탄성률 E'를 갖는 재료로 형성된다.

일례에서, 진보된 폴리싱 패드(200)는 도 5a에 예시된 tan δ 특성들을 포함할 수 있다. 도 5a는 제1 폴리싱 패드 재료(예를 들어, 곡선(591)), 제2 폴리싱 패드 재료(예를 들어, 곡선(592)), 및 제1 폴리싱 패드 재료(예를 들어, 연질 재료) 또는 제2 폴리싱 패드 재료(예를 들어, 경질 재료) 중 어느 하나를 포함하는 영역들을 포함하는 진보된 폴리싱 패드 구성(예를 들어, 곡선(593))에 대한 tan δ 데이터(1Hz, 상승률 5℃/min)를 포함한다. 예시된 바와 같이, 곡선들(591 및 592)에 의해 도시된 바와 같이, tan δ 데이터는 제1 및 제2 재료에 대해 별개의 불연속적인 tan δ 피크들을 포함한다. 대조적으로, 진보된 폴리싱 패드 재료(곡선(593))를 위한 tan δ 피크들은 넓어지고 합쳐지며(coalesced), 이것은 제2 폴리싱 요소(206)에서 발견되는 것과 같은 제1 폴리싱 패드 재료와, 제1 폴리싱 요소(204)에서 발견되는 것과 같은 제2 폴리싱 패드 재료 사이의 분자 스케일 혼합, 사슬 얽힘, 화학적 결합 및/또는 조성 경사를 나타낸다. 디싱의 양, 평탄화 효율, 및 다른 관련된 폴리싱 불균일성을 최소화하기 위해, 30℃의 온도와 90℃의 온도 사이에서 약 0.1 내지 약 3의 tan δ 최대값이 유용하다는 것이 밝혀졌다.

프로세스 반복가능성을 더 제어하기 위한 노력으로, 진보된 폴리싱 패드에서 제어될 수 있는 다른 파라미터는 패드 재료의 "회복률(recovery)"이다. 도 5c는 제2 폴리싱 요소(206) 또는 제1 폴리싱 요소들(204)의 일부를 형성할 수 있는 재료에 대해 다수의 시뮬레이팅된 폴리싱 사이클들에 걸쳐 취해진 온도의 함수로서의 저장 탄성률 E'의 플롯을 예시한다. 플롯(580)은, 각각의 폴리싱 사이클 동안, 폴리싱 패드가 약 30℃의 시작 온도로부터 약 90℃의 최종 정상 상태 폴리싱 온도까지 가열될 때, 및 패드가 약 90℃로부터 약 30℃의 최종 온도까지 냉각될 때, 초기의 시작 저장 탄성률 값(576)으로부터의 저장 탄성률 E'에서의 강하를 측정하는 복수의 곡선을 포함한다. 예시의 목적 및 논의의 명료성을 위해, 도 5c의 플롯은, 곡선들(582 및 583)을 포함하는 제1 폴리싱 사이클, 곡선들(584 및 585)을 포함하는 제2 폴리싱 사이클, 및 곡선들(586 및 587)을 포함하는 제3 폴리싱 사이클을 포함하는 3개의 폴리싱 사이클에 대한 데이터를 예시한다. 도 5c에 도시된 바와 같이, 각각의 사이클의 끝(577-579)에서는, 폴리싱 패드 재료에서 발견되는 응력의 완화, 및/또는 폴리싱 프로세스 동안 더 높은 부하가 인가될 때 더 높은 폴리싱 온도들에서 발생할 가능성이 있는 폴리머 재료들의 결합 구조의 적어도 부분적인 재구성으로 인해, 측정된 저장 탄성률에서의 강하가 존재한다. 다수의 연속적인 사이클 후에 재료가 얼마나 잘 회복되는지는, 재료의 "회복" 능력으로서 알려져 있다. 전형적으로, 회복률은, 폴리싱 사이클 내의 동일 지점에서 측정되는, 시작 지점(576)으로부터 안정 평형 지점(579)까지의 재료의 특성(예를 들어, 저장 탄성률)의 크기에서의 강하의 백분율로서 측정된다. 회복률은, 시작 값(590)에 대한 종료 값(589)의 비율 × 100을 측정함으로써 계산될 수 있다. 폴리싱 프로세스 안정성을 보장하기 위해, 일반적으로, 폴리싱 패드 내의 재료들의 회복률은 가능한 한 큰 것이 바람직하고, 따라서 회복률은 CMP 프로세스를 시뮬레이트하도록 구성되는 동적 기계적 분석(DMA) 테스트를 이용하여 적어도 50% 초과, 또는 심지어는 약 70% 이상일 필요가 있다고 여겨진다. 일례에서, DMA 테스트는 약 5-10분 길이, 예컨대 약 8분 길이이고, 최대 온도 상승률은 약 5℃/min이며, 이것은 표준 CMP 프로세스를 시뮬레이트하는 것으로 의도된다. 기판, 슬러리, 리테이닝 링 및 폴리싱 패드 사이의 마찰로 인해 폴리셔에서 일어나는 패드 가열을 에뮬레이트하기 위해 DMA 테스트가 이용된다. 열은 폴리싱 실행을 통해 축적되는 경향이 있고, 다음에, 패드로부터 멀어지는 방향으로의 열의 통상의 유체 대류 또는 전도로 인해, 기판 처리 단계들 사이에서 급속하게 ??칭된다. 일부 실시예들에서, 폴리싱 패드가 바람직한 회복률을 갖는 것을 보장하기 위해, 그리고 그에 따라 폴리싱 프로세스가 안정적인 것을 보장하기 위해, 프리커서 제제의 조성 및/또는 경화 프로세스 파라미터들을 조정하여, 형성되는 층 내의 응력 및/또는 가교결합의 정도를 제어하는 것이 바람직하다. 일부 실시예들에서, 진보된 폴리싱 패드를 폴리싱 프로세스에서의 이용 전에 어닐링하는 것이 또한 바람직할 수 있다.

또한, 기판 상에서 최적의 폴리싱 균일성 및 폴리싱 성능을 유지하기 위해, 패드 재료들의 E'30:E'90 비율이 필요에 따라 제어되고 조정되어야만 한다고 여겨진다. 그 목적을 달성하기 위해, 일 실시예에서, 전체적인 진보된 폴리싱 패드(200) 및/또는 형성되는 패드 재료들 중 하나 이상(예를 들어, 제1 폴리싱 요소(204)를 형성하기 위해 이용되는 재료)의 E'30:E'90 비율은 6 이상, 예컨대 약 6 내지 약 15일 수 있다. 폴리싱 패드는, E'30/E'90에서의 저장 탄성률 E' 비율이 약 6 내지 약 30의 범위 내에 있도록 약 25℃ 내지 약 90℃의 온도 범위에 걸쳐 안정적인 저장 탄성률 E'를 가질 수 있고, 여기서 E'30은 30℃에서의 저장 탄성률 E'이고, E'90은 90℃에서의 저장 탄성률 E'이다. 6 이상의 E'30:E'90 비율을 갖는 폴리싱 패드들은 통상의 처리 동안 보이는 정상 상태 처리 온도들 아래의 온도들에서 높은 저장 탄성률 E' 재료들을 이용할 때 종종 생성되는 스크래치 타입 결함들을 감소시키는 데에 유용하다. 다시 말하면, 처리 동안 기판과 접촉하는 재료들에서 온도가 상승함에 따라, 재료들은 더 낮은 E'30:E'90 비율을 갖는 재료들보다 더 큰 범위로 연화(soften)하는 경향이 있을 것이고, 이것은 따라서 기판의 표면을 스크래치할 가능성을 감소시키는 경향이 있을 것이다. 폴리싱 프로세스를 통한 재료 연화는 프로세스의 기판-대-기판 안정성에 불리한 방식으로 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 폴리싱 프로세스의 초기 부분(예를 들어, 10-40초)이 폴리싱 표면 재료들에서 높은 저장 탄성률을 필요로 하고, 다음에 폴리싱 표면 재료들이 연성(compliant)으로 되는 레벨들까지 온도가 계속해서 증가함에 따라, 폴리싱 표면 재료들이 버핑 또는 스크래치 감소 모드에서 폴리싱 프로세스를 마감하는 경우에서는, 높은 E'30:E'90 비율 재료들이 유용할 수 있다.

일부 실시예들에서는, 폴리싱 프로세스의 하나 이상의 양태의 제어를 허용하기 위해, 진보된 폴리싱 패드의 다양한 섹션들의 열 전도율을 제어하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서, 폴리싱 표면에 수직인 방향, 예컨대 도 1a 내지 도 2k의 Z 방향에서 전체적인 진보된 폴리싱 패드의 열 전도율을 증가시키는 것이 바람직하다. 이러한 예에서, 전통적인 폴리싱 패드 제제들에 비해 Z 방향에서의 증가된 열 전도율은, 처리 동안 폴리싱 패드 표면에서 발생되는 열을 큰 열 질량(thermal mass), 및/또는 진보된 폴리싱 패드가 위에 위치되는, 종종 냉각되는 폴리싱 플래튼에 더 쉽게 전도하는 능력으로 인해, 폴리싱 패드 표면 온도가 더 낮은 온도로 유지되는 것을 허용한다. 감소된 폴리싱 프로세스 온도는 기판들의 배치 내의 최종 기판(예를 들어, 25번째 기판)에 비해 이 배치 내의 제1 기판을 폴리싱할 때 종종 보이는 폴리싱 프로세스 가변성을 감소시킬 것이고, 기판들의 배치에 걸쳐 폴리머 재료들에서 종종 발견되는 재료 특성들(예를 들어, 저장 탄성률 E', E' 비율 등)의 열화를 감소시킬 것이다. 대안적으로, 일부 실시예들에서, 폴리싱 표면에 수직인 방향, 예컨대 도 1a의 Z 방향에서 전체적인 진보된 폴리싱 패드의 열 전도율을 감소시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 전통적인 폴리싱 패드 제제들에 비해 Z 방향에서의 감소된 열 전도율은, 폴리싱 패드 표면 온도가 폴리싱 동안 평형 처리 온도로 급속하게 상승하는 것을 허용하는데, 이것은 처리 동안 폴리싱 패드 표면에서 발생되는 열을, 진보된 폴리싱 패드가 위에 위치되는 폴리싱 플래튼에 전도하는 폴리싱 패드의 능력이 감소되기 때문이다. 기판들의 배치 내의 최종 기판(예를 들어, 25번째 기판)에 비해 이 배치 내의 제1 기판을 폴리싱할 때 종종 보이는 폴리싱 프로세스 가변성을 감소시키기 위해, 종종 더 높지만 더 안정적인 폴리싱 프로세스 온도들이 또한 이용될 수 있다.

그러므로, 일부 실시예들에서, 본 명세서에 설명된 애디티브 제조 프로세스 중 하나 이상의 이용에 의해 폴리싱 패드 내에서 임의의 방향(예를 들어, X, Y 또는 Z 방향)으로의 진보된 폴리싱 패드(200)의 열 전도율을 조정하기 위해 형성 프로세스 동안 제1 폴리싱 요소들(204) 및/또는 제2 폴리싱 요소(들)(206)에 하나 이상의 필러, 입자 또는 다른 재료를 첨가하는 것이 바람직하다. 폴리머들의 열 전도율은 그래파이트, 카본 블랙, 탄소 섬유 및 질화물을 포함하는 열 전도성 필러들의 첨가에 의해 전통적으로 증대되었고, 따라서 폴리싱 패드의 열 전도율을 증가시키기 위해, 폴리싱 패드 제제 및 조성물은 붕소 질화물과 같은 열 전도성 입자들 및 화합물들을 함유할 수 있다. 예를 들어, 열 전도성 필러를 갖지 않는 종래의 폴리싱 패드는 25℃에서 약 0.1 W/m·K 내지 약 0.5 W/m·K의 열 전도율을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 약 250 W/m·K의 열 전도율을 갖는 붕소 질화물은 제제를 기준으로 하여 약 10 wt%로 폴리싱 패드에 첨가된다. 붕소 질화물을 함유하는 층들은, 폴리싱 중인 기판에 접촉하며 폴리싱 동안 발생되는 마찰 폴리싱 힘들로 인한 대부분의 가열을 겪을 수 있는 패드 표면에 그리고/또는 이러한 패드 표면 근처에 퇴적될 수 있다. 일 실시예에서, 추가적인 붕소 질화물 입자들은 폴리싱 패드의 열 전도율을 약 10% 내지 약 25% 증가시켰고, 따라서 폴리싱 패드의 수명을 약 2배만큼 증가시켰다. 다른 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(204)와 같이 폴리싱 표면에 있는 또는 폴리싱 표면 근처에 있는 폴리머 층들은 기판 금속들 및/또는 금속 산화물들의 제거에 도움이 되는 입자들을 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 표면 층들 내의 실리카 입자들의 중량 퍼센트는 제제의 약 0.1 중량% 내지 약 30 중량%, 예컨대 10 중량%일 수 있고, 이것은 이러한 코팅의 쇼어 경도 및 탄성률을 약 10% 내지 약 50% 증가시킬 수 있다. 일 실시예에서, 입자 표면은, 3D 폴리싱 패드 잉크 내에서 입자들이 잘 혼합되고/되거나 현탁될 수 있고 그에 의해 상 분리 없이 더 쉽게 분배될 수 있도록 화학적으로 개질될 수 있다. 화학적 개질은 계면활성제 유사 분자들(surfactant like molecules)을 실란 커플링제(silane coupling agent)와 같은 "커플링제"에 의해 입자의 극성 표면에 화학적 결합하는 것을 포함한다. 유용할 수 있는 다른 커플링제들은 티타네이트들(titanates) 및 지르코네이트들(zirconates)을 포함한다. 입자에 대한 커플링제의 화학적 결합, 커플링 또는 부착은 가수분해(hydrolysis) 및 축합(condensation)과 같은 화학 반응들에 의해 발생할 수 있다. 본 명세서에 설명된 커플링제 및 관련 화학적 화합물들은, 미국 펜실베니아주 Morrisville의 Gelest Incorporated, 및 미국 미주리주 St. Louis의 Sigma-Aldrich Chemical Company를 포함하는 다수의 소스로부터 입수가능하다.

일 실시예에서, 단일 패드 바디(202)는 공기 또는 다른 가스를 포함하는 구멍들(pores)을 가질 수 있다. 구멍들은 가스상 재료들의 복사 또는 열 유도 발생에 의해 발생될 수 있다. 일 실시예에서, 진보된 폴리싱 패드 예비-폴리머 조성물은, 열적으로 불안정하고(thermally labile) 열적으로 불안정한 기들을 함유할 수 있는 화합물, 폴리머 또는 올리고머를 함유할 수 있다. 포로겐들(porogens) 및 열적으로 불안정한 기들은 시클릭 기들(cyclic groups), 예컨대 불포화 시클릭 유기 기들(unsaturated cyclic organic groups)일 수 있다. 포로겐은 시클릭 탄화수소 화합물을 포함할 수 있다. 일부 예시적인 포로겐들은, 노르보르나디엔(BCHD, 비사이클(2.2.1)헵타-2,5-디엔), 알파-테르피넨(ATP), 비닐시클로헥산(VCH), 페닐아세테이트, 부타디엔, 이소프렌 및 시클로헥사디엔을 포함하지만 이에 한정되지는 않는다. 일 실시예에서, 공유 결합된 포로겐 기를 갖는 복사 경화가능한 올리고머를 포함하는 예비-폴리머 층이 퇴적된다. UV 복사 및 열에 대한 노출 후에, 포로겐 기의 분출(effusion)에 의해 다공성 폴리머 층이 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 순차적인 층 퇴적 및 구멍 형성에 의해 복수의 다공성 층이 형성될 수 있다. 다른 실시예들에서, 분해되어 질소 가스를 형성하는 아조 화합물들(azo compounds)과 같은 가스 부산물을 형성하는 화합물들의 열 유도 분해에 의해 구멍들이 발생될 수 있다.

진보된 폴리싱 패드 제제의 예들

위에서 언급된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 폴리싱 요소(204 및 206)와 같은 2개 이상의 폴리싱 요소 중 적어도 하나를 형성하기 위해 이용되는 재료들 중 하나 이상은 적어도 하나의 경화가능한 수지 프리커서 조성물의 순차적인 퇴적 및 퇴적후 처리에 의해 형성된다. 일반적으로, 애디티브 제조 시스템(350)의 프리커서 전달 섹션(353)에서 수행되는 프리커서 제제 프로세스 동안 혼합되는 경화가능한 수지 프리커서 조성물들은, 관능성 올리고머, 반응성 희석제 및 경화 성분, 예컨대 개시제를 함유하는 수지 프리커서 조성물들의 제제를 포함할 것이다. 이러한 성분들 중 일부의 예들이 표 3에 열거되어 있다.

관능성 올리고머들의 예들은 표 3의 항목들 O1-O5에서 발견될 수 있다. 관능성 반응성 희석제들 및 다른 첨가제들의 예들은 표 3의 항목들 M1-M6에서 발견될 수 있다. 경화 성분들의 예들은 표 3의 항목들 P1-P2 및 A1에서 발견된다. 표 3에서 발견되는 항목들 O1-O3, M1-M3 및 M5-M6은 Sartomer USA로부터 입수가능하고, 항목 O4는 대한민국의 Miwon Specialty Chemicals Corporation으로부터 입수가능하고, 항목 O5는 미국 조지아주 Alpharetta의 Allnex Corporation으로부터 입수가능하고, 항목 M4는 독일의 BYK-Gardner GmbH로부터 입수가능하고, 항목들 P1-P2 및 A1은 Chiba Specialty Chemicals Inc. 및 RAHN USA Corporation으로부터 입수가능하다.

본 명세서에 설명된 애디티브 제조 프로세스들의 하나의 이점은, 패드 바디 구조물 내에서 이용되는 다양한 재료들의 구조적 구성 및 재료들의 조성에 기초하여 조정될 수 있는 특성들을 갖는 진보된 폴리싱 패드를 형성하는 능력을 포함한다. 아래의 정보는 일부 재료 제제들, 및 이러한 제제들 및/또는 처리 기술들에서의 다양한 성분들의 변화가, 종래의 폴리싱 패드 설계들에 비해 개선된 폴리싱 결과들을 달성할 진보된 폴리싱 패드를 형성하는 데에 필요한 특성들 중 일부에 미치는 영향의 일부 예들을 제공한다. 이러한 예들에서 제공되는 정보는, 제1 폴리싱 요소(204), 제2 폴리싱 요소(206), 또는 제1 및 제2 폴리싱 요소(204 및 206) 둘 다의 일부와 같은, 진보된 폴리싱 패드(200)의 적어도 일부를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 본 명세서에 설명된 특성들 중 일부를 조정하기 위해 다른 유사한 화학 제제들 및 처리 기술들이 이용될 수 있으므로, 본 명세서에 제공된 예들은 본 명세서에 제공된 본 발명의 범위를 제한하는 것으로 의도되지는 않는다.

위에서 그리고 아래에서 설명되는 경화가능한 수지 프리커서 조성물 성분들의 예들은 비교예들인 것으로 의도되고, 본 기술분야의 통상의 기술자라면, 원하는 특성들을 달성하기 위해 다양한 소스들로부터의 다른 적합한 모노머들/올리고머들을 찾아낼 수 있다. 반응성 희석제들에 대한 일부 예들은 2-에틸헥실 아크릴레이트, 옥틸데실 아크릴레이트, 시클릭 트리메틸올프로판 포르말 아크릴레이트(cyclic trimethylolpropane formal acrylate), 카프로락톤 아크릴레이트(caprolactone acrylate) 및 알콕실화 라우릴 메타크릴레이트(alkoxylated lauryl methacrylate)이다. 제1 재료는 Sigma-Aldrich로부터 입수가능하고, 나머지(balance)는 Sartomer USA 및/또는 Rahn AG USA로부터 획득될 수 있다(SR 시리즈 203, 217, 238, 242, 306, 339, 355, 368, 420, 484, 502, 506A, 508, SR 531, 550, 585, 495B, 256, 257, 285, 611, 506, 833S, 및 9003B, CD 시리즈 421A, 535, 545, 553, 590, 730, 및 9075, Genomer 시리즈 1116, 1117, 1119, 1121, 1122, 5142, 5161, 5275, 6058, 7151, 및 7210, Genocure 시리즈, BP, PBZ, PMP, DETX, ITX, LBC, LBP, TPO, 및 TPO-L, 및 Miramer 시리즈, M120, M130, M140, M164, M166, 및 M170). 이관능성 가교결합제(difunctional cross-linkers)의 일부 예들은 비스페놀 A 글리세롤레이트 디메타크릴레이트(bisphenol A glycerolate dimethacrylate), 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(ethylene glycol dimethacrylate), 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(diethylene glycol dimethacrylate), 테트라에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트(tetraethylene glycol dimethacrylate), 1,6-헥산디올 디아크릴레이트(1,6-hexanediol diacrylate) 및 1,4-부탄디올 디아크릴레이트(1,4-butanediol diacrylate)이며, 이들은 Sigma-Aldrich로부터 획득될 수 있다. 올리고머들의 일부 예들은 지방족 올리고머(Sartomer USA로부터의 CN 시리즈 131, 131B, 132, 152, 508, 549, 2910, 3100 및 3105), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머(Sartomer USA로부터의 CN 시리즈 292, 293, 294E, 299, 704, 2200, 2203, 2207, 2261, 2261LV, 2262, 2264, 2267, 2270, 2271E, 2273, 2279, 2282, 2283, 2285 및 2303) 및 지방족 우레탄 올리고머(Sartomer USA로부터의 CN 시리즈 929, 959, 961H81, 962, 969, 964A85, 965, 968, 980, 986, 989, 991, 992, 996, 2921, 9001, 9007, 9013, 9178 및 9783)를 포함할 수 있다. 3550, 3560, 307, 378, 1791, 1794, 9077, A515, A535, JET9510, JET9511, P9908, UV3500, UV3535, DISPERBYK168, 및 DISPERBYK2008과 같은 작용제들 또는 첨가제들이 BYK로부터 공급될 수 있다. Irgacure 시리즈 184, 2022, 2100, 250, 270, 295, 369, 379, 500, 651, TPO, TPO-L, 754, 784, 819, 907, 1173, 또는 4265와 같은 제1 타입 광개시제는 BASF로부터의 것일 수 있다. 추가적으로, Ebecryl 시리즈(EB): 40, 53, 80, 81, 83, 110, 114, 130, 140, 150, 152, 154, 168, 170, 180, 220, 230, 242, 246, 264, 265, 270, 271, 284, 303, 350, 411, 436, 438, 450, 452, 524, 571, 600, 605, 608, 657, 745, 809, 810, 811, 812, 830, 860, 870, 871, 885, 888, 889, 893, 1258, 1290, 1291, 1300, 1360, 1710, 3200, 3201, 3411, 3415, 3418, 3500, 3600, 3700, 3701, 3720, 4265, 4827, 4833, 4849, 4858, 4883, 5129, 7100, 8100, 8296, 8301, 8311, 8402, 8405, 8411, 8412, 8413, 8414, 8465, 8501, 8602, 8701, 8702, 8804, 8807, 8808, 및 8810과 같은 다른 관능성 올리고머 및 수지 프리커서 조성물 성분이 Allnex Corp.로부터 구매될 수 있다.

예 1 - 저장 탄성률 E' 및 E'30:E'90 비율 제어의 예

애디티브 제조 프로세스의 이용에 의한 진보된 폴리싱 패드의 바람직한 영역들에서의 바람직한 저장 탄성률 E' 및 E'30:E'90 비율을 갖는 재료들의 선택, 제제 및/또는 형성은, 진보된 폴리싱 패드에 의해 달성되는 폴리싱 결과들이 기판에 걸쳐 균일한 것을 보장하는 데에 있어서 중요한 인자이다. 저장 탄성률 E'는 경화된 폴리머 재료 내의 화학적 결합으로부터 기인하는, 형성된 재료의 고유 재료 특성이라는 점에 유의한다. 저장 탄성률은 동적 기계적 분석(DMA) 기술을 이용하여 원하는 온도, 예컨대 30℃ 및 90℃에서 측정될 수 있다. 상이한 저장 탄성률들을 포함하는 제제들의 예들이 아래의 표 4에 예시되어 있다.

표 3 및 표 4의 항목 1 및 2를 참조하면, 다른 관능성 폴리머들보다 더 높은 관능가를 갖는 관능성 폴리머들을 함유하는 제제를 생성하는 것은 상이한 온도들에서의 증가된 저장 탄성률들 E'를 초래하는 한편, 형성된 재료의 E'30:E'90 비율은 감소될 수 있다. 제제에서, 1의 관능가를 갖는 타입 M3의 관능성 폴리머로부터 2의 관능가를 갖는 타입 M1의 관능성 폴리머로 변경하면, 30℃에서의 저장 탄성률 E'는 거의 400%만큼 증가되는 한편, E'30:E'90 비율은 원래 값의 약 8%로 강하된다. 유사하게, 표 4의 항목 3과 4를 비교하면, 다관능성 올리고머를 제제에 첨가함으로써, 상이한 온도들에서의 저장 탄성률들 E'가 적절하게 증가될 수 있는 한편, 형성된 재료의 E'30:E'90 비율은 크게 감소될 수 있다는 점에 유의한다. 따라서, 6의 관능가를 갖는 다관능성 올리고머 O4를 제제에 첨가함으로써, 30℃에서의 저장 탄성률 E'는 136%만큼만 증가된 한편, E'30:E'90 비율은 원래 값의 약 4%로 강하된다. 이론에 얽매이도록 의도하지 않으면서, 증가된 관능가를 갖는 성분들을 액적 제제에 첨가하는 것으로 인해, 형성된 폴리머 재료 내에서의 가교결합의 정도를 증가시키는 것은, 더 높은 온도들(예를 들어, 90℃)에서의 저장 탄성률 E'에 상당한 영향을 미치고, 따라서 E'30:E'90 비율에 상당한 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 그러므로, 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 2 이상의 관능가를 갖는 프리커서 성분들은 진보된 폴리싱 패드(200) 내에 더 경질인 재료 영역들(예를 들어, 제1 폴리싱 요소들(204))을 형성하기 위해 이용되는 제제들에서 이용된다. 동일한 방식으로, 진보된 폴리싱 패드(200)의 더 연질인 영역들은 폴리싱 패드 내의 더 경질인 영역들보다 더 적은 관능가를 갖는 제제들의 이용에 의해 형성될 수 있다. 그러므로, 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 2 이하의 관능가를 갖는 프리커서 성분들은 진보된 폴리싱 패드(200) 내에 더 연질인 재료 영역들(예를 들어, 제2 폴리싱 요소들(206))을 형성하기 위해 이용되는 제제들에서 이용된다.

예 2 - 저장 탄성률 E' 및 회복률 제어의 예

진보된 폴리싱 패드에서 이용되는 재료의 저장 탄성률 E' 및 회복률(%)을 조정하기 위해 이용될 수 있는 상이한 제제들의 예들이 아래의 표 5에 예시되어 있다.

표 5의 항목들 1 및 2를 참조하면, 제제 중의 다양한 성분들의 양들을 조정함으로써, 더 낮은 온도들(예를 들어, 30℃)에서의 저장 탄성률들 E'의 증가, 회복률(%)의 증가 및 파단 연신율(percent elongation at break)의 감소가 달성될 수 있다는 점에 유의한다. 30℃에서의 저장 탄성률 E', 회복률(%) 및 파단 연신율 특성들의 상당한 변화는 주로 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 화학 성분들의 백분율의 증가로 인한 것으로 여겨진다. 낮은 유리 전이 온도를 갖는 재료, 예컨대 관능성 폴리머 M2(예를 들어, Tg=5℃)는 실온에서 더 연질로 되는 경향이 있는 한편, 높은 유리 전이 온도를 갖는 재료, 예컨대 관능성 폴리머 M1(예를 들어, Tg=104℃)은 실온 근처의 온도들에서 더 경질이고 더 취성(brittle)으로 되는 경향이 있다는 점에 유의한다. 본 예에서, 2의 관능가를 갖는 다관능성 올리고머 O1의 백분율은 약간 감소되는 한편, 2의 관능가를 또한 갖는 관능성 폴리머 M1의 백분율은 크게 증가되며, E'30:E'90 비율의 변화는 단지 완만하게(modestly) 변화한다는 점에 유의한다. 그러므로, 가교결합 밀도는 표 5의 항목들 1 및 2의 조성들에 의해 형성되는 폴리머 재료들에 대해 유사할 가능성이 높고, 이것은 2가지 재료의 E'30:E'90 비율의 다소 완만한 변화에 의해 지원되는 것으로 여겨진다. 그러므로, 일부 실시예들에서, 더 작은 파단 연신율, 처리 동안의 더 큰 회복률, 더 큰 경도, 및 더 높은 저장 탄성률 E'를 갖는 재료를 형성하기 위해, 제제에서 높은 유리 전이 온도를 갖는 프리커서 성분들이 증가될 수 있다. 유사하게, 일부 실시예들에서, 더 낮은 저장 탄성률 E', 더 낮은 경도, 및 더 높은 파단 연신율을 갖는 재료를 형성하기 위해, 제제에서 낮은 유리 전이 온도를 갖는 프리커서 성분들이 증가될 수 있다.

일부 실시예들에서, 40℃ 이하의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 성분들의 양이 40℃ 초과의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 성분들의 양보다 더 많도록, 낮은 저장 탄성률 E' 재료를 형성하기 위해 이용되는 액적 제제 중의 다양한 성분들을 조정하는 것이 바람직하다. 유사하게, 일부 실시예들에서, 40℃ 초과의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 성분들의 양이 약 40℃ 이하의 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 성분들의 양보다 더 많도록, 높은 저장 탄성률 E' 재료를 형성하기 위해 이용되는 액적 제제 중의 다양한 성분들을 조정하는 것이 바람직하다.

예 3 - 접촉 각도 제어의 예

도 3c와 함께 위에서 논의된 바와 같이, 표면 상에 퇴적되는 액적들의 접촉 각도를 조정하기 위해 이용될 수 있는 상이한 제제들의 예들이 아래의 표 6에 예시되어 있다. 위에서 언급된 바와 같이, 1) 애디티브 제조 프로세스 동안의 분배된 액적 중의 성분들의 조성, 2) 이전에 형성된 층의 경화의 양, 3) 경화 디바이스로부터의 에너지의 양, 4) 분배된 액적이 배치되는 표면의 조성, 및 5) 액적 조성물 중의 경화제(예를 들어, 광개시제)의 양을 적어도 제어함으로써, 분배된 액적의 접촉 각도 α는 본 명세서에 설명된 애디티브 제조 프로세스에 의해 형성되는 피쳐들의 레졸루션의 제어를 개선하도록 제어될 수 있다고 밝혀졌다.

표 6의 항목들 1, 2 및 3을 참조하면, 제제 중의 다양한 성분들의 양들을 조정함으로써, 동일하거나 유사한 액적 제제로 형성된 표면 상의 경화된 액적 또는 "고정된" 액적의 접촉 각도가 조정될 수 있다는 점에 유의한다. 접촉 각도에서의 상당한 변화는 분배된 액적의 제제 중의 광개시제 성분들(예를 들어, 항목들 P1, P2 및 A1) 및 관능성 모노머들(예를 들어, 항목들 M1-M2 및 M4)의 타입 및 양을 조정함으로써 달성될 수 있다고 여겨진다.

액적 제제의 접촉 각도는, 1) 적어도 부분적으로 경화된 액적들의 기계적 특성들이 달성될 수 있는 것을 보장하는 관통 또는 벌크 경화 광개시제들(예를 들어, 제1 타입의 광개시제)의 이용을 통해, 2) 환경 내의 O₂가 UV 노출을 통해 발생된 자유 라디칼들을 ??칭하는 능력을 감소시킴으로써 빠른 표면 경화를 가능하게 하는 벤조페논 및 아민 상승작용제와 같은 제2 타입의 광개시제(예를 들어, 제2 타입의 광개시제)의 이용을 통해, 그리고 3) 분배된 액적의 표면이 더 극성이거나 덜 극성이게 하는 경향이 있는 표면 개질제들(surface modifiers)의 이용을 통해 개선될 수 있다. 예를 들어, 친수성의 경화되지 않은 수지의 방울이 소수성 표면 상에 퇴적될 때, 분배된 액적의 표면 에너지가 변경될 수 있도록 표면 개질제들이 이용될 수 있다. 이것은 큰 접촉 각도를 초래할 것이고, 그에 의해 액적이 표면을 "습윤"시키지 않는 것을 보장할 것이다. 표면의 습윤을 방지하면, 후속하여 퇴적되는 액적들이 수직으로(예를 들어, Z 방향) 구축되는 것이 허용될 것이다. 연속적인 액적(droplet after droplet)이 서로의 옆에 수평으로 위치될 때, 수직으로 형성되는 피쳐들의 측벽들이 기울어진 형상(slopping shape)에 대조적으로 수직으로 형성되도록, 표면의 수평 습윤을 방지하는 것이 바람직하다. 접촉 각도의 이러한 개선은 프린팅된 피쳐들의 측벽들이 수직이거나, 서로의 최상부에 퇴적될 때 점진적인 기울기들을 갖는 것을 보장한다. 폴리싱 피쳐들의 기판 접촉 면적이 각각의 폴리싱 프로세스 전체에 걸쳐 일관된 접촉 면적으로 유지될 필요가 있을 때, 그리고/또는 패드 폴리싱 재료가 패드의 수명 전체에 걸쳐 연마 또는 패드 컨디셔닝에 의해 제거될 때, 이러한 레졸루션은 진보된 폴리싱 패드에서 중요하다.

예 4 - 낮은 저장 탄성률 E' 튜닝의 예

진보된 폴리싱 패드의 다양한 영역들에서의 바람직한 낮은 저장 탄성률 E' 및 바람직한 E'30:E'90 비율을 갖는 재료들의 선택, 제제 및/또는 형성은, 진보된 폴리싱 패드의 정적 및 동적 관련 기계적 특성들이 더 높은 저장 탄성률 E' 재료와 결합될 때 바람직한 폴리싱 결과들을 달성하도록 조정될 수 있다는 것을 보장하는 데에 있어서 중요한 인자일 수 있다. 상이한 저장 탄성률들 E'를 포함하는 제제들의 예들이 아래의 표 7에 예시되어 있다.

표 7의 항목들 1 및 2를 참조하면, 위의 예 1에서 유사하게 언급된 바와 같이, 2 이상의 관능가를 갖는 다관능성 올리고머 및 상이한 유리 전이 온도들(Tg)을 갖는 관능성 폴리머를 함유하는 제제를 생성함으로써, 상이한 온도들에서의 저장 탄성률들 E'는 조정될 수 있는 한편, 형성된 재료의 E'30:E'90 비율은 일정하게 유지될 수 있다는 점에 유의한다. 예를 들어, 3.4의 관능가를 갖는 다관능성 올리고머 O5를 제제에 첨가함으로써, 30℃에서의 저장 탄성률 E'는 거의 500%만큼 증가될 수 있는 한편, E'30:E'90 비율은 원래 값의 약 75%까지만 강하된다. 이론에 얽매이도록 의도하지 않으면서, 액적 제제에 다관능성 올리고머 O5 성분들을 첨가하는 것으로 인해, 형성된 폴리머 재료 내에서의 가교결합의 정도를 증가시키는 것은, 상대적으로 낮은 유리 전이 온도 Tg를 갖는 관능성 폴리머와 조합하여 이용될 때 더 낮은 온도들(예를 들어, 30℃)에서의 저장 탄성률 E'에 상당한 영향을 미치는 것으로 여겨진다. 그러므로, 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 2 이상의 관능가를 갖는 프리커서 성분들은 진보된 폴리싱 패드(200) 내에 더 연질인 재료 영역들(예를 들어, 제2 폴리싱 요소들(206))을 형성하기 위해 상대적으로 낮은 유리 전이 온도 Tg를 갖는 관능성 폴리머들과 조합하여 이용된다. 또한, 본 개시내용의 일부 실시예들에서, 2 이하의 관능가를 갖는 관능성 올리고머 및 프리커서 성분들은 진보된 폴리싱 패드(200) 내에 더 연질인 재료 영역들(예를 들어, 제2 폴리싱 요소들(206))을 형성하기 위해 이용되는 제제들에서 이용된다.

예 5 - 진보된 폴리싱 패드 특성들의 예

위에서 논의된 바와 같이, 본 명세서에 설명된 애디티브 제조 프로세스들은, 퇴적된 조성물들의 특성들이 결합되어, 개별 재료들의 특성들의 평균 또는 특성들의 "복합물"인 특성들을 갖는 폴리싱 패드를 생성할 수 있도록, 진보된 폴리싱 패드의 특정 패드 영역들에서 원하는 특성들을 갖는 재료 조성물들의 특정 배치를 가능하게 한다. 일례에서, 진보된 폴리싱 패드는 원하는 온도 범위에 걸쳐 바람직한 평균 탄젠트 델타(tan δ) 특성들을 갖도록 형성될 수 있다. 도 9a의 곡선들(921-923), 곡선들(931-933), 및 곡선(941)은 상이하게 구성되고/되거나 로딩된 진보된 폴리싱 패드들에 대해 온도의 함수로서 평균 탄젠트 델타 특성들을 예시한다.

도 9b 및 도 9c는 도 9a에 도시된 탄젠트 델타 대 온도 데이터를 발생시키기 위해 이용된 진보된 폴리싱 패드들의 2가지 기본 구성의 측단면도들이다. 도 9a의 곡선들(921-923)에서 발견되는 탄젠트 델타 대 온도 데이터는, 도 9b에 도시된 타입의 진보된 폴리싱 패드 샘플들이, 캔틸레버된 샘플들을 Z 방향으로 로딩하는 테스트 기구에서 순환되게 하는 DMA 기술을 이용하여 수집되었다. 도 9a의 곡선들(931-933)에서 발견되는 탄젠트 델타 대 온도 데이터는, 도 9b에 도시된 타입의 진보된 폴리싱 패드 샘플들이, 캔틸레버된 샘플들을 X 방향으로(예를 들어, 형성된 층들에 평행하게) 로딩하는 테스트 기구에서 순환되게 하는 DMA 기술을 이용하여 수집되었다. 도 9a의 곡선(941)에서 발견되는 탄젠트 델타 대 온도 데이터는, 도 9c에 도시된 타입의 진보된 폴리싱 패드 샘플들이, 캔틸레버된 테스트 샘플을 Z 방향으로 로딩하는 테스트 기구에서 순환되게 하는 DMA 기술을 이용하여 수집되었다. 테스트들 전부 동안, 진보된 폴리싱 패드 샘플들은 5℃/분의 상승률로 -81℃의 온도로부터 95℃의 온도로 가열되었다.

도 9b는 형성된 층들이 X-Y 평면에 평행하게 정렬되고 Z 방향으로 적층되도록 본 명세서에 설명된 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 형성되는 제1 폴리싱 패드 재료(901) 및 제2 폴리싱 패드 재료(902)의 불연속 층들을 포함하는 진보된 폴리싱 패드(200)의 일부를 예시한다. 제1 폴리싱 패드 재료(901)는 낮은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 낮은 저장 탄성률 우레탄 아크릴레이트 재료를 포함하고, 제2 폴리싱 패드 재료(902)는 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 높은 저장 탄성률 우레탄 아크릴레이트 재료를 포함한다. 제1 폴리싱 패드 재료(901) 및 제2 폴리싱 패드 재료(902)의 층들은 각각 Z 방향으로 두께(910 및 911)를 각각 갖는다.

도 9a를 다시 참조하면, 플롯팅된 데이터는, 곡선들(901C 및 902C)에 의해 도시된 바와 같이, 제1 폴리싱 패드 재료(901) 및 제2 폴리싱 패드 재료(902)에 대해 별개의 불연속적인 탄젠트 델타 피크들을 포함한다. 도 9b에 도시된 진보된 폴리싱 패드 구성에 대해 수행되는 DMA 테스팅에 대한 탄젠트 델타 데이터는 곡선들(921-923) 및 곡선들(931-933)에 의해 예시되어 있고, 도 9c에 도시된 진보된 폴리싱 패드 구성에 대해 수행되는 DMA 테스팅에 대한 탄젠트 델타 데이터는 곡선(941)에 의해 예시되어 있다.

곡선들(921, 922 및 923)은, 테스팅 동안 Z 방향으로 로딩될 때, 도 9b에 도시된 층들 각각의 두께 및 상대적 간격을 변경하는 효과를 예시한다. 곡선(921)은, 제1 폴리싱 패드 재료(901) 대 제2 폴리싱 패드 재료(902)의 50:50 조성을 갖고, 따라서 층들 각각에 대해 Z 방향으로 등가의 두께들(910 및 911)을 갖는, 도 9b에 도시된 진보된 폴리싱 패드 구조물에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타의 플롯을 예시한다. 제1 샘플에서의 두께들(910 및 911)은 둘 다 약 0.16mm(0.006 인치)였다. 곡선(922)은, 제1 및 제2 재료들(901 및 902)의 층들의 두께들(910 및 911) 둘 다가 2배 컸다는 점을 제외하고는, 곡선(921)을 발생시키기 위해 이용되는 동일한 일반적인 진보된 폴리싱 패드 구조물에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타의 플롯을 예시한다. 유사하게, 곡선(923)은, 제1 및 제2 폴리싱 패드 재료들(901 및 902)의 층들의 두께들(910 및 911) 둘 다가 3배 컸다는 점을 제외하고는, 곡선(921)을 발생시키기 위해 이용되는 동일한 진보된 폴리싱 패드 구조물에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타의 플롯을 예시한다. 탄젠트 델타 데이터에서의 2개의 선명한 피크(예를 들어, 피크들(925 및 926)) 및 이러한 피크들 각각의 크기에서의 강하에 의해 알 수 있는 바와 같이, 곡선들(921, 922 및 923) 모두는 개별 재료들(901 및 902)에서 발견되는 특성들의 블렌딩 또는 평균화를 나타낸다는 점에 유의한다. 곡선들(921, 922 및 923)에서 발견되는 2개의 피크는 제1 폴리싱 패드 재료와 제2 폴리싱 패드 재료 사이에 형성되는 분자 스케일 혼합, 사슬 얽힘, 및/또는 화학적 결합을 나타낼 수 있다.

곡선들(931, 932 및 933)은, 테스팅 동안 X 방향으로 로딩될 때, 도 9b에 도시된 층들 각각의 두께 및 상대적 간격을 변경하는 효과를 예시한다. 곡선(931)은, 제1 폴리싱 패드 재료(901) 대 제2 폴리싱 패드 재료(902)의 50:50 조성을 갖고, 따라서 층들 각각에 대해 Z 방향으로 등가의 폭들(910 및 911)을 갖는, 도 9b에 도시된 진보된 폴리싱 패드 구조물에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타의 플롯을 예시한다. 제1 샘플에서의 폭들(910 및 911)은 둘 다 약 0.16mm(0.006 인치)였다. 곡선(932)은, 제1 및 제2 재료들(901 및 902)의 층들의 폭들(910 및 911) 둘 다가 2배 컸다는 점을 제외하고는, 곡선(931)을 발생시키기 위해 이용되는 동일한 일반적인 진보된 폴리싱 패드 구조물에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타의 플롯을 예시한다. 유사하게, 곡선(933)은, 제1 및 제2 폴리싱 패드 재료들(901 및 902)의 층들의 폭들(910 및 911)이 3배 컸다는 점을 제외하고는, 곡선(931)을 발생시키기 위해 이용되는 동일한 진보된 폴리싱 패드 구조물에 대한 온도의 함수로서의 탄젠트 델타의 플롯을 예시한다. 탄젠트 델타 데이터 내의 2개의 선명한 피크(예를 들어, 피크들(935 및 936)) 및 피크들 각각의 크기 강하에 의해 알 수 있는 바와 같이, 곡선(931)은 개별 재료들(901 및 902)에서 발견되는 특성들의 블렌딩 또는 평균화를 나타낸다는 점에 유의한다. 2개의 선명한 피크의 결여에 의해 알 수 있는 바와 같이, 곡선들(932 및 933)은 개별 재료들(901 및 902)에서 발견되는 특성들의 약간의 블렌딩 또는 평균화만을 나타낸다.

도 9c는 제1 폴리싱 패드 피쳐들(915)이 베이스 층(916)에 의해 지지되고 Z 방향으로 정렬되도록 애디티브 제조 프로세스를 이용하여 또한 형성된, 제1 폴리싱 패드 피쳐(915) 및 베이스 층(916)을 포함하는 진보된 폴리싱 패드(200)의 일부를 예시한다(예를 들어, 도 2a의 항목들(204a)). 이러한 구성의 베이스 층(916)은, 제1 폴리싱 패드 재료(901)의 고정된 액적들 및 제2 폴리싱 패드 재료(902)의 고정된 액적들의 50:50 "블렌드"(즉, 1:1 재료 조성 비)를 포함한다. 제1 폴리싱 패드 피쳐들(915) 및 베이스 층(916)의 두께는 각각 X 방향으로 정렬되는 폭(918 및 919)을 각각 갖는다. 곡선(941)은, 진보된 폴리싱 패드(200)의 평균 또는 "복합" 특성들에 대한 조성적으로 "블렌딩된" 폴리싱 패드 요소의 형성의 영향을 예시한다. 탄젠트 델타 데이터에서 2개의 선명한 피크(예를 들어, 피크들(945 및 946)) 및 이러한 피크들 각각의 크기에서의 강하에 의해 알 수 있는 바와 같이, 곡선(941)은 베이스 층(916)에서 발견되는 개별 재료들(901 및 902)에서 발견되는 특성들의 블렌딩 또는 평균화를 나타낸다는 점에 유의한다. 곡선(941)에서 발견되는 2개의 피크는 베이스 층(916) 내에서 제1 폴리싱 패드 재료와 제2 폴리싱 패드 재료 사이에 형성되는 분자 스케일 혼합, 사슬 얽힘, 및/또는 화학적 결합을 나타낼 수 있다.

도 9a에서 발견된 탄젠트 델타 대 온도 데이터는 로딩 방향에 대한 층들의 구조적 간격 또는 두께(예를 들어, 곡선들(921 및 941))가 진보된 폴리싱 패드 내의 탄젠트 델타 특성 평균화에 대해 극적인 영향을 미칠 수 있다는 것을 예시한다. 곡선들(931, 932 및 933)을 참조하면, 더 경질인 재료의 층과 더 연질인 재료의 층 사이의 간격이 증가함에 따라, 형성된 층 배향(예를 들어, X 방향)에 평행한 방향으로 로딩될 때, 더 경질인 재료들의 특성들은 형성된 폴리싱 패드의 특성들을 더 많이 좌우하는 경향이 있다는 점에 유의한다. 그러나, 곡선들(921, 922 및 923)을 참조하면, 더 경질인 재료의 층과 더 연질인 재료의 층 사이의 간격은 로딩 방향에 수직인 배향으로 정렬된 폴리싱 피쳐들을 갖도록 구성되는 형성된 진보된 폴리싱 패드의 특성들에 거의 영향을 미치지 않는다는 점에 유의하는데, 그 이유는 측정된 탄젠트 델타 대 온도는 피쳐들의 두께가 증가함에 따라 많이 변하지 않기 때문이다. 그러므로, 진보된 폴리싱 패드 내에서의 "경질" 층과 "연질" 층의 상대적인 간격, 및 로딩 방향에 대한 구조적 배향을 제어함으로써, 패드 특성들 중 하나 이상(예를 들어, 탄젠트 델타)은 진보된 폴리싱 패드의 폴리싱 프로세스 성능을 더 양호하게 제어하도록 조정될 수 있다.

대안적인 패드 구조물 설계들

도 6은 본 개시내용의 일 실시예에 따른 폴리싱 패드(600)의 개략적인 사시 단면도이다. 폴리싱 패드(600)는 3D 프린팅된 폴리싱 패드의 제2 폴리싱 요소들(206)과 유사한 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료인 제2 폴리싱 요소(602)를 포함한다. 제2 폴리싱 요소들(206)과 유사하게, 제2 폴리싱 요소(602)는 폴리우레탄 및 지방족 세그먼트들을 포함할 수 있는 하나 이상의 엘라스토머 폴리머 조성물로 형성될 수 있다. 폴리싱 패드(600)는 제2 폴리싱 요소(602)로부터 연장되는 복수의 표면 피쳐(606)를 포함한다. 표면 피쳐들(606)의 외측 표면들(608)은 연질 또는 낮은 E' 재료, 또는 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료들의 조성물로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 표면 피쳐들(606)의 외측 표면(608)은 제2 폴리싱 요소(602)와 동일한 재료 또는 동일한 재료 조성물로 형성될 수 있다. 표면 피쳐들(606)은 내부에 매립된 경질 피쳐(604)를 또한 포함할 수 있다. 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들(604)은 표면 피쳐들(606)보다 더 경질인 재료 또는 재료 조성물로 형성될 수 있다. 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들(604)은, 가교결합된 폴리머 조성물들 및 방향족 기들을 함유하는 조성물들을 포함하여, 진보된 폴리싱 패드의 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들(204)의 재료 또는 재료들과 유사한 재료들로 형성될 수 있다. 매립된 경질 피쳐들(604)은 표면 피쳐들(606)의 유효 경도를 변경하고, 따라서 폴리싱을 위해 원하는 타겟 패드 경도를 제공한다. 외측 표면(608)의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리머 층은 폴리싱 중인 기판 상에서 평탄화를 개선하고 결함들을 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 폴리머 재료가 본 개시내용의 다른 폴리싱 패드들의 표면들 상에 프린팅되어, 동일한 이점을 제공할 수 있다.

도 7은 하나 이상의 관측 윈도우(710)를 갖는 폴리싱 패드(700)의 개략적인 사시 단면도이다. 폴리싱 패드(700)는 패드 바디(702)를 가질 수 있다. 패드 바디(702)는 하나 이상의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 피쳐(706), 및 폴리싱을 위해 제2 폴리싱 요소들(706)로부터 연장되는 복수의 제1 폴리싱 요소(704)를 포함할 수 있다. 제2 폴리싱 요소들(706) 및 제1 폴리싱 요소들(704)은 진보된 폴리싱 패드(200)의 제2 폴리싱 요소(들)(206) 및 제1 폴리싱 요소들(204)을 위한 재료들과 유사한 재료들로 형성될 수 있다. 제1 폴리싱 요소들(704)은 본 개시내용에 따라 임의의 적합한 패턴들로 배열될 수 있다.

하나 이상의 관측 윈도우(710)는 폴리싱되고 있는 기판의 관측을 허용하기 위해 투명 재료 또는 조성물들로 형성될 수 있다. 관측 윈도우들(710)은 제2 폴리싱 요소들(706) 또는 제1 폴리싱 요소들(704)을 통하여 그리고/또는 이러한 요소들의 부분들 주위에 형성될 수 있다. 일부 실시예들에서, 관측 윈도우(710)는 실질적으로 투명한 재료로 형성될 수 있고, 따라서 CMP 광학 종료점 검출 시스템에서 이용하기 위한 레이저 및/또는 백색 광원으로부터 방출되는 광을 투과시킬 수 있다. 광학적 투명도는 종료점 검출 시스템의 광학 검출기에 의해 이용되는 광 빔의 파장 범위에 걸쳐 적어도 약 25%(예를 들어, 적어도 약 50%, 적어도 약 80%, 적어도 약 90%, 적어도 약 95%)의 광 투과를 제공할 정도로 충분히 높아야 한다. 전형적인 광학 종료점 검출 파장 범위들은 가시 스펙트럼(예를 들어, 약 400nm 내지 약 800nm), 자외선(UV) 스펙트럼(예를 들어, 약 300nm 내지 약 400nm), 및/또는 적외선 스펙트럼(예를 들어, 약 800nm 내지 약 1550nm)을 포함한다. 일 실시예에서, 관측 윈도우(710)는, 280-399nm의 파장에서 >35%의 투과율, 및 400-800nm의 파장에서 >70%의 투과율을 갖는 재료로 형성된다. 일부 실시예들에서, 관측 윈도우(710)는, 공기/윈도우/물 계면으로부터의 반사를 감소시키고 관측 윈도우(710)를 통한 기판으로의/으로부터의 투과를 개선하기 위해 높은 광학적 투명도를 가지며 폴리싱 슬러리의 굴절률과 대략 동일한 낮은 굴절률을 갖는 재료로 형성된다.

일 실시예에서, 관측 윈도우(710)는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 투명한 프린팅된 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 윈도우는 에폭시드 기들을 함유하는 투명 폴리머 조성물들을 이용하여 형성되며, 여기서 조성물들은 양이온 경화를 이용하여 경화될 수 있고, 추가적인 투명도 및 더 적은 수축을 제공할 수 있다. 유사한 실시예에서, 윈도우는 양이온 경화 및 자유 라디칼 경화 둘 다를 겪는 조성물들의 혼합물로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 윈도우는 다른 프로세스에 의해 제조될 수 있고, 3D 프로세스에 의해 형성되는 폴리싱 패드의 미리 형성된 개구 내로 기계적으로 삽입될 수 있다.

도 8은 백킹 층(806)을 포함하는 폴리싱 패드(800)의 개략적인 사시 단면도이다. 폴리싱 패드(800)는 제2 폴리싱 요소(804), 및 제2 폴리싱 요소(804)로부터 돌출되는 복수의 제1 폴리싱 요소(802)를 포함한다. 폴리싱 패드(800)는, 제2 폴리싱 요소(804)에 부착된 백킹 층(806)을 제외하고는, 위에서 설명된 폴리싱 패드들(200, 600, 700) 중 임의의 것과 유사할 수 있다. 백킹 층(806)은 폴리싱 패드(800)에 대해 원하는 압축성을 제공할 수 있다. 백킹 층(806)은 또한 원하는 경도를 달성하고/하거나 원하는 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"를 갖도록 폴리싱 패드(800)의 전체적인 기계적 특성들을 변경하기 위해 이용될 수 있다. 백킹 층(806)은 80 미만의 쇼어 A 스케일의 경도 값을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 백킹 층(806)은 폴리우레탄 또는 폴리실록산(실리콘)과 같은 연속 기포형(open-cell) 또는 독립 기포형(closed-cell) 발포체로 형성될 수 있고, 그에 의해 압력 하에서, 기포들이 붕괴되고 백킹 층(806)이 압축된다. 다른 실시예에서, 백킹 층(806)은 천연 고무, EPDM 고무(에틸렌 프로필렌 디엔 모노머), 니트릴, 또는 네오프렌(폴리클로로프렌)으로 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)의 재료들은 폴리싱 슬러리로부터의 공격에 대해 내화학성이다. 다른 실시예에서, 제1 폴리싱 요소(204) 및 제2 폴리싱 요소(206)의 재료들은 친수성이다. 폴리싱 패드의 친수성 및 소수성 성질은 본 기술분야의 통상의 기술자에 의한 제제 화학물질들(formulation chemistries)의 신중한 선택에 의해 조정될 수 있다.

본 명세서에 설명된 폴리싱 패드들은 원형 형상이지만, 본 개시내용에 따른 폴리싱 입자들은 폴리싱 동안 선형으로 이동하도록 구성된 폴리싱 웨브들과 같이 임의의 적합한 형상을 포함할 수 있다.

전통적인 폴리싱 패드들과 비교하여, 본 명세서에 개시된 진보된 폴리싱 패드는 수개의 제조 및 비용 관련 이점을 갖는다. 예를 들어, 전통적인 폴리싱 패드들은, 기판들을 폴리싱하기 위한 타겟 경도 및/또는 저장 탄성률 E'를 획득하기 위해 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료, 예컨대 발포체로 형성된 서브패드에 의해 지지되는 기계가공되고 텍스쳐화된 폴리싱 표면을 일반적으로 포함한다. 그러나, 다양한 기계적 특성들을 갖는 재료들을 선택하고, 진보된 폴리싱 패드 상에 형성된 상이한 피쳐들의 치수들 및 배열을 조정함으로써, 서브패드에 대한 필요성 없이 진보된 폴리싱 패드의 패드 바디에서 동일한 특성들이 달성될 수 있다. 그러므로, 진보된 폴리싱 패드는 서브패드에 대한 필요성을 제거함으로써 사용자의 소유 비용을 감소시킨다.

차세대 IC 디바이스들을 폴리싱하기 위해 요구되는 폴리싱 패드 설계들의 복잡도의 증가는 이러한 폴리싱 패드들의 제조 복잡도를 크게 증가시킨다. 이러한 복잡한 패드 설계들의 일부 양태들을 제조하기 위해 이용될 수 있는 넌-애디티브(non-additive) 제조 타입 프로세스들 및/또는 서브트랙티브(subtractive) 프로세스가 존재한다. 이러한 프로세스들은 단일의 불연속 재료들로부터 재료 층들을 형성하기 위해 다중 재료 사출 성형 및/또는 순차적인 단계인 UV 캐스팅을 포함할 수 있다. 다음에, 이러한 형성 단계들 이후에, 밀링, 그라인딩 또는 레이저 절제(laser ablation) 동작들 또는 다른 서브트랙티브 기술들을 이용하는 기계가공 및 후처리가 전형적으로 이어진다.

전술한 것은 본 개시내용의 실시예들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 실시예들 및 추가 실시예들은 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (16)

1. 기판의 표면을 폴리싱하도록 구성되는 폴리싱 표면을 갖는 폴리싱 패드로서,
   복수의 제1 폴리머 층을 각각 포함하는 복수의 제1 폴리싱 요소 - 상기 복수의 제1 폴리머 층 중 적어도 하나는 상기 폴리싱 표면을 형성함 -; 및
   복수의 제2 폴리머 층을 각각 포함하는 하나 이상의 제2 폴리싱 요소 - 적어도 상기 하나 이상의 제2 폴리싱 요소 각각의 영역은 상기 복수의 제1 폴리싱 요소 중 적어도 하나와 상기 폴리싱 패드의 지지 표면 사이에 배치됨 -
   를 포함하고,
   상기 복수의 제1 폴리머 층은 제1 폴리머 조성물을 포함하고, 상기 복수의 제2 폴리머 층은 제2 폴리머 조성물을 포함하는, 폴리싱 패드.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 폴리싱 요소는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 폴리싱 요소는 제2 재료를 포함하고, 상기 제1 재료는 상기 제2 재료보다 큰 저장 탄성률을 갖는, 폴리싱 패드.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 폴리싱 요소는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 폴리싱 요소는 제2 재료를 포함하고, 상기 제1 재료는 제1 액적 조성물(droplet composition)로 형성되고, 상기 제2 재료는 제2 액적 조성물로 형성되고,
   상기 제2 액적 조성물은 상기 제1 액적 조성물보다 더 많은 양의 수지 프리커서 조성물 재료(resin precursor composition material)를 포함하고,
   상기 수지 프리커서 조성물 재료는 약 40℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖는, 폴리싱 패드.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 폴리싱 요소는, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르, 폴리옥시메틸렌, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리실록산, 폴리술폰, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 멜라민, 폴리술폰, 폴리비닐 재료, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 할로겐화 폴리머, 블록 코폴리머 및 이들의 코폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택되는 폴리머 재료를 포함하는 제1 재료를 포함하는, 폴리싱 패드.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제1 폴리싱 요소는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 폴리싱 요소는 제2 재료를 포함하고, 상기 제1 재료와 상기 제2 재료 사이의 계면은 상기 제1 재료와 상기 제2 재료의 혼합물인 농도 경사(concentration gradient)를 포함하는, 폴리싱 패드.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1 폴리싱 요소는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 폴리싱 요소는 상기 제1 재료 및 제2 재료를 포함하고, 상기 제2 폴리싱 요소에서의 상기 제2 재료에 대한 상기 제1 재료의 양의 비율은 1 미만인, 폴리싱 패드.
7. 제1항에 있어서,
   하나 이상의 기판 관측 윈도우를 더 포함하고, 상기 관측 윈도우들은 상기 제2 폴리싱 요소의 적어도 일부를 통하여 형성되고, 상기 기판 관측 윈도우는 400nm 내지 1550nm의 파장들의 전자기 복사 대역폭에 대해 투명한, 폴리싱 패드.
8. 제1항에 있어서,
   상기 제1 폴리싱 요소는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 폴리싱 요소는 제2 재료를 포함하고, 상기 제1 재료는 제1 액적 조성물로 형성되고, 상기 제2 재료는 제2 액적 조성물로 형성되고, 상기 제1 액적 조성물은, 상기 제2 액적 조성물보다, 2 이상의 관능가(functionality)를 갖는 더 많은 양의 올리고머 및 수지 프리커서 조성물 재료를 포함하는, 폴리싱 패드.
9. 제1항에 있어서,
   상기 제1 폴리싱 요소는 제1 재료를 포함하고, 상기 제2 폴리싱 요소는 제2 재료를 포함하고, 상기 제1 재료는 제1 액적 조성물로 형성되고, 상기 제2 재료는 제2 액적 조성물로 형성되고, 상기 제1 액적 조성물은 2 이상의 관능가를 갖는 올리고머 및 수지 프리커서 조성물 재료를 포함하고, 상기 제2 액적 조성물은 2 이하의 관능가를 갖는 수지 프리커서 조성물 재료를 포함하는, 폴리싱 패드.
10. 기판의 표면을 폴리싱하도록 구성되는 폴리싱 표면을 갖는 폴리싱 패드로서,
    제1 폴리머 재료를 포함하는 복수의 제1 폴리머 층을 각각 포함하는 복수의 제1 폴리싱 요소 - 상기 복수의 제1 폴리머 층 중 적어도 하나는 상기 폴리싱 표면을 형성함 -; 및
    상기 복수의 제1 폴리싱 요소 중 적어도 하나와 상기 폴리싱 패드의 지지 표면 사이에 배치되는 베이스 영역 - 상기 베이스 영역은, 제1 수지 프리커서 조성물 재료의 복수의 경화된 액적 및 제2 수지 프리커서 조성물 재료의 복수의 경화된 액적을 각각 포함하는 복수의 층을 포함함 -
    을 포함하는 폴리싱 패드.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 폴리머 재료는 상기 제2 폴리머 재료보다 큰 저장 탄성률을 갖는, 폴리싱 패드.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제1 폴리머 재료는, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 폴리에테르 케톤, 폴리에테르, 폴리옥시메틸렌, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드, 폴리이미드, 폴리올레핀, 폴리실록산, 폴리술폰, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리우레탄, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리카보네이트, 폴리에스테르, 멜라민, 폴리술폰, 폴리비닐 재료, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 할로겐화 폴리머, 블록 코폴리머 및 이들의 코폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택되는 폴리머 재료를 포함하는, 폴리싱 패드.
13. 제10항에 있어서,
    상기 제1 폴리머 재료는 상기 제1 수지 프리커서 조성물 재료의 복수의 경화된 액적을 포함하고, 상기 베이스 영역에서의 상기 제2 수지 프리커서 조성물 재료의 복수의 경화된 액적에 대한 상기 제1 수지 프리커서 조성물 재료의 복수의 경화된 액적의 비율은 1 미만인, 폴리싱 패드.
14. 폴리싱 제품(polishing article)을 형성하는 방법으로서,
    폴리싱 바디의 일부의 표면 상에 제1 액체의 제1 액적을 분배하는 단계 - 상기 표면은 상기 제1 액체의 소정 양을 경화함으로써 형성된 제1 재료를 포함함 -; 및
    상기 제1 액적 내의 상기 재료를 부분적으로만 경화하기 위해 제1 시간 기간 동안 상기 제1 액체의 분배된 제1 액적을 전자기 복사에 노출시키는 단계 - 상기 제1 액체의 분배된 제1 액적을 노출시키는 단계는 제2 시간 기간이 경과한 이후에 발생하고, 상기 제2 시간은 상기 제1 액적이 상기 표면 상에 배치될 때에 시작함 -
    를 포함하는 방법.
15. 제14항에 있어서,
    상기 부분적으로 경화된 제1 액적은 상기 표면에 대하여 50도 이상의 접촉 각도를 갖는, 방법.
16. 제14항에 있어서,
    상기 제1 액적은 우레탄 아크릴레이트, 표면 경화 광개시제(surface cure photoinitiator) 및 벌크 경화 광개시제(bulk cure photoinitiator)를 포함하고,
    상기 벌크 경화 광개시제는, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 아세틸 페논, 알킬 페논 및 포스핀 옥사이드로 구성된 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하고,
    상기 표면 경화 광개시제는, 벤조페논 화합물 및 티오크산톤 화합물로 구성된 그룹으로부터 선택되는 재료를 포함하는, 방법.

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