KR20170108087A - 저밀도 연마 패드 - Google Patents

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KR20170108087A
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Abstract

저밀도 연마 패드 및 저밀도 연마 패드의 제작 방법이 기재된다. 예에서, 기판 연마용 연마 패드(222)는 대략 0.4 - 0.55 g/cc의 범위에서 밀도를 갖는 연마 몸체를 포함한다. 연마 몸체는 열경화성 폴리우레탄 물질 및 열경화성 폴리우레탄 물질에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공(218)을 포함한다. 각각의 복수의 밀폐 셀 기공(218)은 아크릴 코-폴리머로 구성된 쉘을 갖는다.

Description

저밀도 연마 패드
본 발명의 구현예는 화학적 기계적 연마 (CMP)의 분야 및, 특히, 저밀도 연마 패드 및 저밀도 연마 패드의 제작 방법이다.
화학적-기계적 평탄화 또는 화학적-기계적 연마, 통상적으로 약어 CMP는, 반도체 웨이퍼 또는 다른 기판의 평탄화를 위하여 반도체 제작에서 사용된 기술이다.
공정은 연마 패드 및, 전형적으로 웨이퍼보다 더 큰 직경의 리테이닝 링과 함께 연마제 및 부식성 화학적 슬러리 (통상적으로 콜로이드)의 사용을 포함한다. 연마 패드 및 웨이퍼는 동적 연마 헤드에 의해 함께 프레싱되고 플라스틱 리테이닝 링에 의해 제 위치에 유지된다. 동적 연마 헤드는 연마 동안 회전된다. 상기 접근법은 물질의 제거에 일조하고 임의의 불규칙한 형상을 고르게 하여, 웨이퍼를 평탄하게 또는 평면으로 만든다. 이는 추가의 회로 요소의 형성용 웨이퍼를 조립하기 위해 필요할 수 있다. 예를 들어, 이는 전체 표면을 포토리쏘그래피 시스템의 심도 내로 가져오기 위해, 또는 그의 위치에 기반된 물질을 선택적으로 제거하기 위해 필요할 수 있다. 전형적인 심도 요건은 최신 하위-50 나노미터 기술 집합점에 대하여 옹스트롬 수준까지 내려간다.
물질 제거의 공정은, 목재 상에서 사포처럼, 단순히 연마제 찰과의 것이 아니다. 슬러리에서 화학물질은 또한 제거되는 물질과 반응하고/반응하거나 그 물질을 약화시킨다. 연마제는 상기 약화 공정을 촉진시키고 그리고 연마 패드는 표면으로부터 반응된 물질의 와이핑을 돕는다. 슬러리 기술에서 진보에 더하여, 연마 패드는 점점 더 복잡한 CMP 작업에서 유의미한 역할을 한다.
그러나, 추가의 개선은 CMP 패드 기술의 발전에서 필요하다.
요약
본 발명의 구현예는 저밀도 연마 패드 및 저밀도 연마 패드의 제작 방법을 포함한다.
하나의 구현예에서, 기판 연마용 연마 패드는 대략 0.4 - 0.55 g/cc 범위에서 밀도를 갖는 연마 몸체를 포함한다. 연마 몸체는 열경화성 폴리우레탄 물질 및 열경화성 폴리우레탄 물질 중에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공을 포함한다. 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 아크릴 코-폴리머로 구성된 쉘을 갖는다.
또 다른 구현예에서, 연마 패드의 제작 방법은 형성 금형에의 지지층의 제공을 포함한다. 방법은 또한 형성 금형에 그리고 지지층 상에 복수의 미세요소와 프리-폴리머 및 사슬 연장제 또는 가교결합제의 혼합물을 제공하는 것을 포함하고, 각각의 복수의 미세요소는 초기 크기를 갖는다. 혼합물은 열경화성 폴리우레탄 물질 및 열경화성 폴리우레탄 물질 중에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공을 포함하는 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체를 제공하기 위해 형성 금형에서 가열되고, 복수의 밀폐 셀 기공은 가열 동안 각각의 복수의 미세요소를 대형 크기로 팽창시킴으로써 형성되고, 여기서 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체는 지지층에 결합된다. 방법은 또한 형성 금형으로부터 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체 및 지지층 페어링의 제거를 포함한다. 방법은 또한, 형성 금형으로부터 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체 및 지지층 페어링의 제거에 이어서, 추가로 지지층에 결합된 성형된 연마 몸체를 제공하기 위해 형성 금형의 외부에서 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 경화를 포함한다. 방법은 또한, 형성 금형으로부터 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체 및 지지층 페어링의 제거에 이어서, 지지층의 제거를 포함한다.
도면의 간단한 설명
도 1A는, 선행 기술에 있어서, POLITEX 연마 패드의 하향도이다.
도 1B는, 선행 기술에 있어서, POLITEX 연마 패드의 횡단면도이다.
도 2A-2G는, 본 발명의 구현예에 있어서, 연마 패드의 제작에서 사용된 작업의 횡단면도를 예시한다.
도 3은, 본 발명의 구현예에 있어서, 모두 포로겐 충전제에 기반되는 밀폐 셀 기공을 포함한 저밀도 연마 패드의 100x 및 300x 배율 횡단면도를 예시한다.
도 4는, 본 발명의 구현예에 있어서, 밀폐 셀 기공, 포로겐 충전제에 기반되는 부분 및 기체 거품에 기반되는 부분을 포함하는 저밀도 연마 패드의 100x 및 300x 배율 횡단면도를 예시한다.
도 5A는, 본 발명의 구현예에 있어서, 저밀도 연마 패드에서 기공 직경의 넓은 단일-모드 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯을 예시한다.
도 5B는, 본 발명의 구현예에 있어서, 저밀도 연마 패드에서 기공 직경의 좁은 단일-모드 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯을 예시한다.
도 6A는, 본 발명의 구현예에 있어서, 밀폐 셀 기공의 대략 1:1 이중모드 분포를 갖는 저밀도 연마 패드의 횡단면도를 예시한다.
도 6B는, 본 발명의 구현예에 있어서, 도 6A의 연마 패드에서 기공 직경의 좁은 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯을 예시한다.
도 6C는, 본 발명의 구현예에 있어서, 도 6A의 연마 패드에서 기공 직경의 넓은 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯을 예시한다.
도 7A-7H는, 본 발명의 구현예에 있어서, 연마 패드의 제작에서 사용된 작업의 횡단면도를 예시한다.
도 8은, 본 발명의 구현예에 있어서, 저밀도 연마 패드와 양립가능한 연마 장치의 등각 측면도를 예시한다.
상세한 설명
저밀도 연마 패드 및 저밀도 연마 패드의 제작 방법은 본원에서 기재된다. 하기 설명에서, 수많은 구체적 상세, 예컨대 특이적 연마 패드 설계 및 조성물은 본 발명의 구현예의 철저한 이해를 제공하기 위해 제시된다. 본 발명의 구현예가 이들 구체적 상세 없이 실시될 수 있다는 것이 당해 분야의 숙련가에 명백할 것이다. 다른 사례에서, 공지된 가공 기술, 예컨대 반도체 기판의 화학적 기계적 평탄화 (CMP)를 수행하기 위해 연마 패드와 슬러리의 조합에 관한 상세가 본 발명의 구현예를 비필연적으로 손상시키기 않기 위해 상세히 기재되지 않는다. 더욱이, 도에서 보여진 다양한 구현예가 예시적인 묘사이고 필연적으로 일정한 비율로 그려지지 않는 것을 이해해야 한다.
본원에서 기재된 하나 이상의 구현예는 대략 0.6 그램/입방 센티미터 (g/cc) 미만의 저밀도 및, 더 상세하게는, 대략 0.5 g/cc 미만의 저밀도를 갖는 연마 패드의 제작에 관련한다. 수득한 패드는 저밀도를 제공하는 밀폐 셀 다공성을 갖는 폴리우레탄 물질에 기반될 수 있다. 저밀도 패드는, 예를 들면, 특별한 화학적 기계적 연마 (CMP) 적용 예컨대 라이너/장벽 제거를 위하여 설계된 연마 패드로서 또는 버프 연마 패드로서 사용될 수 있다. 본원에서 기재된 연마 패드는, 일부 구현예에서, 0.3 g/cc 내지 0.5 g/cc, 예컨대 대략 0.357 g/cc의 범위에서 가능한 한 낮은 밀도를 갖도록 제작될 수 있다. 특정 구현예에서, 저밀도 패드는 대략 0.2 g/cc만큼 낮은 밀도를 갖는다.
문맥을 제공하기 위해, 전형적인 CMP 패드는 대략 0.7 내지 0.8 g/cc의 밀도를 갖고, 그리고 일반적으로 적어도 0.5 g/cc보다 높다. 종래에, 전형적인 CMP 버프 패드는 표면에 개방된 대형 셀을 이용한 “다공질” 설계를 갖는다. 복합체 폴리우레탄 표피는, 예컨대 POLITEX 연마 패드의 경우에서, 지지체상에 포함된다. 종래에, 버프 패드는 매우 연질이고 개방 셀 다공성으로 만들어진 저밀도이다 (예를 들면, 섬유 패드 및 “다공질” 패드). 상기 패드는 전형적으로 CMP에 대하여 2개의 근본적인 사안과 관련된다: 종래의 밀폐 셀 폴리우레탄 (그러나 더 높은 밀도) CMP 패드와 비교된 경우 짧은 수명 및 덜 일관된 성능. 도 1A 및 1B는, 선행 기술에 있어서, 각각 POLITEX 연마 패드의 하향도 및 횡단면도이다. 도 1A를 참조로, POLITEX 연마 패드의 부분(100A)는 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지에서 300배 확대된 것으로서 표시된다. 도 1B를 참조로, POLITEX 연마 패드의 부분(100B)는 주사 전자 현미경 (SEM) 이미지에서 100배 확대된 것으로서 표시된다. 두 도 1A 및 1B를 참조로, 선행 기술 패드의 개방형 기공 구조를 쉽게 볼 수 있다.
더욱 일반적으로, 근본적인 문제들 중 하나는 고다공도 및 저밀도를 갖는 밀폐 셀 폴리우레탄 패드를 제작하는 것이다. 성형 또는 주조 공정에 의한 저밀도 폴리우레탄 패드의 제작에서 우리의 자체 조사는 최종적으로 첨가된 포로겐에 기반된 패드 물질에 밀폐 셀 기공을 제공하기 위해 패드 제형 혼합물 속으로 포로겐의 증가된 용적을 단지 첨가하는 데에 어려움을 보여주었다. 특히, 전형적인 패드 제형에 대하여 보다 더 많은 포로겐의 첨가는 주조 또는 성형 공정에 대하여 감당할 수 없는 수준까지 제형의 점도를 증가시킬 수 있다. 상기 경우는 성형 또는 주조 공정 내내 본질적으로 동일한 용적을 보유하는 포로겐 또는 사전-팽창된 포로겐의 포함에 대하여 특히 어려울 수 있다. 본 발명의 구현예에 있어서, 성형 또는 주조 공정 내내 용적을 증가시키는 포로겐 또는 비-팽창된 포로겐은 생성을 위하여 최종적으로 패드 제형에 포함된다. 하나의 상기 구현예에서, 그러나, 모든 최종 밀폐 셀 기공이 비팽창된 포로겐으로부터 생성되면, 제형의 점도는 주조 또는 성형에서 취급하기에 너무 낮을 수 있다. 이와 같이, 하나의 구현예에서, 성형 또는 주조 공정 내내 용적을 증가시키는 포로겐 또는 비-팽창된 포로겐을 포함하기 위한 제형의 형성에 추가하여, 성형 또는 주조 공정 내내 본질적으로 동일한 용적을 보유하는 포로겐 또는 사전-팽창된 포로겐은 패드 제형의 점도 조율을 가능하게 하도록 또한 포함된다.
따라서, 하나의 구현예에서, 주위 온도 초과에서 팽창하는 비팽창된 포로겐 충전제 또는 과소팽창된 포로겐 충전제 (모두 UPF로서 지칭됨)는 주조 또는 성형에 의한 제조 동안 연마 패드에서 다공성을 창출하기 위해 사용된다. 하나의 상기 구현예에서, 대량의 UPF는 폴리우레탄-형성 혼합물에 포함된다. UPF는 패드 주조 공정 동안 팽창하고 밀폐 셀 기공을 가진 저밀도 패드를 창출한다. 연마 패드 창출에 대한 상기 접근법은 개방 셀을 가진 저밀도 패드를 형성하기 위해 사용된 다른 기술을 넘는 이점을 가질 수 있다. 예를 들어, 기체 주입 또는 비말동반에 단독으로 기반된 최종 패드 다공성의 제작은 특화된 장비를 요구할 수 있고, 최종 패드 밀도 제어의 어려움 및 최종 기공 크기 및 분포 제어의 어려움에 의해 동반될 수 있다. 또 다른 예에서, CO2 거품을 창출하기 위해 현장내 기체 생성, 예를 들면, 이소시아네이트 모이어티 (NCO)와 물 반응에 단독으로 기반된 최종 패드 다공성의 제작은 기공 크기 분포 제어의 어려움에 의해 동반될 수 있다.
본 발명의 하나의 측면에서, 저밀도 연마 패드는 성형 공정에서 제작될 수 있다. 예를 들어, 도 2A-2G는, 본 발명의 구현예에 있어서, 연마 패드의 제작에서 사용된 작업의 횡단면도를 예시한다.
도 2A를 참조로, 형성 금형(200)이 제공된다. 도 2B를 참조로, 프리-폴리머(202) 및 경화제(204) (예를 들면, 사슬 연장제 또는 가교결합제)는 복수의 미세요소와 혼합되어 혼합물을 형성한다. 하나의 구현예에서, 복수의 미세요소는 복수의 포로겐(206), 예컨대 충전된 또는 중공 마이크로구형체이다. 또 다른 구현예에서, 복수의 미세요소는 복수의 기체 거품 또는 액적, 또는 둘 모두(208)이다. 또 다른 구현예에서, 복수의 미세요소는 복수의 포로겐(206) 및 복수의 기체 거품 또는 액적, 또는 둘 모두(208)의 조합이다.
도 2C를 참조로, 도 2B로부터 수득한 혼합물(210)은 형성 금형(200)의 하부에서 보여진다. 혼합물(210)은 제1 복수의 미세요소(212)를 포함하고, 각각의 제1 복수의 미세요소는 초기 크기를 갖는다. 제2 복수의 미세요소(214)는, 아래 더 상세히 기재된 바와 같이, 혼합물(210)에 또한 포함될 수 있다.
도 2D를 참조로, 형성 금형(200)의 뚜껑(216)은 형성 금형(200)의 하부와 합쳐지고 혼합물(210)은 형성 금형(200)의 형상을 취한다. 하나의 구현예에서, 금형(200)은 뚜껑(216) 및 형성 금형(200)의 하부의 합침시 또는 합침 동안 탈기되어 이로써 공동 또는 공극이 형성 금형(210) 내에서 형성하지 않는다. 형성 금형의 뚜껑의 낮춤을 기재하는 본원에서 기재된 구현예는 형성 금형의 하부의 뚜껑과의 합침을 달성하기만 하면 되는 것을 이해해야 한다. 즉, 일부 구현예에서, 형성 금형의 하부는 형성 금형의 뚜껑에 대해 상승되고, 반면에 다른 구현예에서 형성 금형의 뚜껑은 하부가 뚜껑에 대해 상승되는 것과 동시에 형성 금형의 하부에 대해 낮아진다.
도 2E를 참조로, 혼합물(210)은 형성 금형(200)에서 가열된다. 각각의 복수의 미세요소(212)는 가열 동안 최종적인, 대형, 크기(218)로 팽창된다. 추가적으로, 도 2F를 참조로, 가열은 미세요소(218) 및, 존재한다면, 미세요소(214)를 둘러싸는 부분적으로 또는 완전히 경화된 패드 물질(220)을 제공하기 위해 혼합물(210)을 경화하도록 사용된다. 하나의 상기 구현예에서, 경화는 프리-폴리머 및 경화제의 물질에 기반하여 가교결합된 매트릭스를 형성한다.
집합적으로 도 2E 및 2F를 참조로, 최종적인, 대형, 크기(218)로의 미세요소(212) 팽창 배치 및 혼합물(210) 경화가 예시된 순서로 필연적으로 발생할 필요가 없다는 것을 이해해야 한다. 또 다른 구현예에서, 가열 동안, 혼합물(210)의 경화는 최종적인, 대형, 크기(218)로의 미세요소(212) 팽창에 앞서 발생한다. 또 다른 구현예에서, 가열 동안, 혼합물(210)의 경화는 최종적인, 대형, 크기(218)로 미세요소(212)의 팽창과 동시에 발생한다. 더욱 또 다른 구현예에서, 2개의 별개의 가열 작업이 혼합물(210)을 경화시키기 위해 그리고 최종적인, 대형, 크기(218)로 미세요소(212)를 팽창시키기 위해, 각각 수행된다.
도 2G를 참조로, 하나의 구현예에서, 상기에 기재된 공정은 저밀도 연마 패드(220)을 제공하는데 사용된다. 저밀도 연마 패드(222)는 경화된 물질(220)으로 구성되고 팽창된 미세요소(218) 및, 일부 구현예에서, 추가의 미세요소(214)를 포함한다. 하나의 구현예에서, 저밀도 연마 패드(222)는 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성되고 팽창된 미세요소(218)은 열경화성 폴리우레탄 물질에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공을 제공한다. 재차 도 2G를 참조로, 도의 최하부는 a-a’ 축을 따라 취해지는 상부 횡단면도의 평면도이다. 평면도에서 나타낸 바와 같이, 하나의 구현예에서, 저밀도 연마 패드(222)는 그 안에 홈 패턴을 갖는 연마 표면(228)을 갖는다. 하나의 특정 구현예에서, 나타낸 바와 같이, 홈 패턴은 방사상 홈(226) 및 동심성 원형 홈(228)을 포함한다.
재차 도 2D 및 2E를 참조로, 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(212)는 대략 3 - 1000의 범위의 지수만큼 각각의 복수의 미세요소의 용적을 증가시킴으로써 최종 크기(218)로 팽창된다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(212)는 대략 10-200 마이크론의 범위에서 각각의 복수의 미세요소(218)의 최종 직경을 제공하기 위해 최종 크기(214)로 팽창된다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(212)는 대략 3-1000의 범위의 지수만큼 각각의 복수의 미세요소(212)의 밀도를 감소시킴으로써 최종 크기(218)로 팽창된다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(212)는 최종 크기의 각각의 복수의 미세요소(218)을 위하여 본질적으로 구형 형상을 형성함으로써 최종 크기(218)로 팽창된다.
하나의 구현예에서, 복수의 미세요소(212)는 마감된 연마 패드 물질 내부에 밀폐 셀 기공을 형성하기 위해 패드 물질 제형 내부에서 그 다음 팽창되는 첨가된 포로겐, 기체 거품 또는 액체 거품이다. 하나의 상기 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공은 대응하는 소형 포로겐을 팽창시킴으로써 형성된 복수의 대형 포로겐이다. 예를 들어, 용어 “포로겐”은 “중공” 중심을 가진 마이크로- 또는 나노-스케일 구형 또는 어느 정도 구형 입자를 나타내는데 사용될 수 있다. 중공 중심은 고형 물질로 충전되지 않지만, 그러나 다소 기체성 또는 액체 코어를 포함할 수 있다. 하나의 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공은 혼합물 전반에 걸쳐 분포된 비-팽창된 기체-충전된 또는 액체-충전된 EXPANCELTM으로서 시작한다. 예를 들면, 성형 공정에 의해, 혼합물로부터 연마 패드의 형성시 및/또는 형성 동안, 비-팽창된 기체-충전된 또는 액체-충전된 EXPANCELTM은 팽창된다. 특이적 구현예에서, EXPANCELTM은 펜탄으로 충전된다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 그의 팽창된 상태에서, 예를 들면, 최종 생성물에서 대략 10 - 100 마이크론의 범위로 직경을 갖는다. 따라서, 하나의 구현예에서, 초기 크기를 갖는 각각의 복수의 미세요소는 물리적 쉘을 포함하고, 최종 크기를 갖는 각각의 복수의 미세요소는 팽창된 물리적 쉘을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 초기 크기를 갖는 각각의 복수의 미세요소(212)는 액적이고, 최종 크기를 갖는 각각의 복수의 미세요소(218)은 기체 거품이다. 더욱 또 다른 구현예에서, 최종 크기를 갖는 복수의 미세요소(218)를 형성하기 위해, 혼합물(210)을 형성하기 위한 혼합은 프리-폴리머 및 사슬 연장제 또는 가교결합제 속에, 또는 그로부터 형성된 생성물에 기체를 주입하는 것을 추가로 포함한다. 특이적 상기 구현예에서, 프리-폴리머는 이소시아네이트이고 혼합은 프리-폴리머에의 물 첨가를 추가로 포함한다. 임의의 경우에, 하나의 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공은 서로로부터 분리된 기공을 포함한다. 이는 터널을 통해 서로에 연결될 수 있는 개방 셀 기공, 예컨대 통상적인 스펀지의 기공에 대한 경우와 대조이다.
재차 도 2C-2E를 참조로, 하나의 구현예에서, 복수의 미세요소(212)와 프리-폴리머(202) 및 사슬 연장제 또는 가교결합제(204)의 혼합은 혼합물(210)을 형성하기 위해 제2 복수의 미세요소(214)와의 혼합을 추가로 포함한다. 각각의 제2 복수의 미세요소(214)는 일정 크기를 갖는다. 하나의 상기 구현예에서, 도 2E와 관련하여 기재된 가열은 충분히 낮은 온도에서 수행되어 이로써 각각의 제2 복수의 미세요소(214)의 크기가, 도 2E에서 묘사된 바와 같이, 가열 이전 및 이후 본질적으로 동일하다. 특이적 상기 구현예에서, 가열은 대략 100 섭씨 온도 이하의 온도에서 수행되고, 제2 복수의 미세요소(214)는 대략 130 섭씨 온도 초과의 팽창 역치를 갖는다. 하나의 다른 구현예에서, 제2 복수의 미세요소(214)는 복수의 미세요소(212)의 팽창 역치보다 더 큰 팽창 역치를 갖는다. 하나의 특정 상기 구현예에서, 제2 복수의 미세요소(214)의 팽창 역치는 대략 120 섭씨 온도 초과이고, 복수의 미세요소(212)의 팽창 역치는 대략 110 섭씨 온도 미만이다. 이와 같이, 하나의 구현예에서, 가열 동안, 미세요소(212)는 가열 동안 팽창하여 팽창된 미세요소(218)을 제공하고, 반면에 미세요소(214)는 본질적으로 변함없이 남아있는다.
하나의 구현예에서, 각각의 제2 복수의 미세요소(214)는 연마 패드 전반에 걸쳐 (예를 들면, 연마 패드에서 추가의 성분으로서) 분포된 사전-팽창된 및 기체-충전된 EXPANCELTM으로 구성된다. 즉, 미세요소(214)에 대하여 발생할 수 있는 임의의 유의미한 팽창은 연마 패드 형성에서 그들의 포함에 앞서, 예를 들면, 혼합물(210)에 포함되기 전에, 실시된다. 특이적 구현예에서, 사전-팽창된 EXPANCELTM은 펜탄으로 충전된다. 하나의 구현예에서, 미세요소(214)는 대략 10 - 100 마이크론의 범위에서 직경을 갖는 (성형 공정 동안 변화가 거의 없거나 없는(214)로 재차 보여진) 복수의 밀폐 셀 기공을 제공한다. 하나의 구현예에서, 수득한 복수의 밀폐 셀 기공은 서로로부터 분리된 기공을 포함한다. 이는 터널을 통해 서로에 연결될 수 있는 개방 셀 기공, 예컨대 통상적인 스펀지의 기공에 대한 경우와 대조이다.
상기에서 기재된 바와 같이, 전형적인 패드 제형에 대하여 보다 더 많은 포로겐을 첨가함에 의한 다공성 증가는 주조 또는 성형 공정에 대하여 감당할 수 없는 수준으로 제형의 점도를 증가시킬 수 있다. 상기 경우는 성형 또는 주조 공정 내내 본질적으로 동일한 용적을 보유하는 포로겐 또는 사전-팽창된 포로겐의 포함에 대하여 특히 어려울 수 있다. 다른 한편으로, 모든 최종 밀폐 셀 기공이 비팽창된 포로겐으로부터 생성되면, 제형의 점도는 주조 또는 성형에서 취급하기에 너무 낮을 수 있다. 상기 상황을 다루기 위해, 본 발명의 구현예에 있어서, 개념상으로, 프리-폴리머(202), 사슬 연장제 또는 가교결합제(204), 및 제2 복수의 미세요소(214)의 혼합물은 점도를 갖는다. 한편, 프리-폴리머(202), 사슬 연장제 또는 가교결합제(204), 초기 크기를 갖는 복수의 미세요소(212), 및 제2 복수의 미세요소(214)의 혼합물은 본질적으로 동일한 점도를 갖는다. 즉, 초기 (소형) 크기를 갖는 복수의 미세요소(212)의 포함은 혼합물의 점도에 거의 또는 전혀 영향을 미치지 않는다. 하나의 구현예에서, 그 다음, 최적의 성형 조건에 대하여 기재된 점도는 성형 공정 내내 본질적으로 일정하게 있는 크기를 가진 제2 복수의 미세요소의 포함에 기반하여 선택될 수 있다. 하나의 상기 구현예에서, 그 다음, 점도는 예정된 점도이고, 혼합물(210)에서 제2 복수의 미세요소(214)의 상대적인 양은 예정된 점도에 기반하여 선택된다. 그리고, 하나의 구현예에서, 복수의 미세요소(212)는 혼합물(210)의 점도에 관하여 거의 또는 전혀 효과가 없다.
재차 도 2E를 참조로, 하나의 구현예에서, 2개의 상이한 복수의 미세요소가 포함되는 경우에, 팽창된 최종 크기를 갖는 각각의 복수의 미세요소(218)은, 묘사된 바와 같이, 가열 공정을 통해 팽창하지 않는 각각의 복수의 미세요소(214)와 대략 동일한 형상 및 크기이다. 그러나, 팽창된 최종 크기를 갖는 각각의 복수의 미세요소(218)은 각각의 복수의 미세요소(214)와 동일한 형상 및/또는 크기를 가질 필요가 없는 것을 이해해야 한다. 하나의 구현예에서, 도 6A-6C와 관련하여 아래 더 상세히 기재된 바와 같이, 패드(222)의 수득한 성형된 연마 몸체는, 밀폐 셀 기공으로서, 크기 분포의 제1 피크가 있는 제1 직경 모드를 갖는 복수의 팽창된 미세요소(218)을 포함한다. 또한 밀폐 셀 기공으로서, 크기 분포의 제2, 상이한, 피크가 있는 제2 직경 모드를 갖는 제2 복수의 미세요소(214)가 또한 포함된다. 하나의 상기 구현예에서, 미세요소(218)의 복수의 밀폐 셀 기공 및 미세요소(214)의 제2 복수의 밀폐 셀 기공은 저밀도 연마 패드(222)의 열경화성 폴리우레탄 물질의 총 부피의 대략 55 - 80 %의 범위로 열경화성 폴리우레탄 물질에서 총 기공 부피를 제공한다.
재차 도 2D-2G를 참조로 하나의 구현예에서, 성형된 연마 몸체(222)를 제공하기 위한 혼합물(210)의 가열은 0.5 g/cc 미만의 밀도를 갖는 연마 몸체(222) 형성을 포함한다. 하나의 상기 구현예에서, 그러나, 혼합물(210)은 가열에 앞서 0.5 g/cc 초과의 밀도를 갖는다. 하나의 구현예에서, 프리-폴리머(202)는 이소시아네이트이고 사슬 연장제 또는 가교결합제(204)는 방향족 디아민 화합물이고, 그리고 연마 패드(222)는 열경화성 폴리우레탄 물질(220)으로 구성된다. 하나의 상기 구현예에서, 혼합물(210) 형성은 최종적으로 불투명한 성형된 연마 몸체(222)를 제공하기 위해 프리-폴리머(202) 및 사슬 연장제 또는 가교결합제(204)에의 불투명한 충전제의 첨가를 추가로 포함한다. 특이적 상기 구현예에서, 불투명한 충전제는 질화붕소, 세륨 플루오라이드, 그래파이트, 그래파이트 플루오라이드, 몰리브데늄 설파이드, 니오븀 설파이드, 탈크, 탄탈럼 설파이드, 텅스텐 디설파이드, 또는 테플론과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 물질이다. 하나의 구현예에서, 상기 간단히 언급된 바와 같이, 혼합물(210)은 금형(200)에서 단지 부분적으로 경화되고, 하나의 구현예에서, 형성 금형(220)으로부터의 제거에 이어서 오븐에서 추가로 경화된다.
하나의 구현예에서, 연마 패드 전구체 혼합물(210)은 열경화성, 밀폐 셀 폴리우레탄 물질로 구성된 성형된 균일한 연마 몸체(222)를 최종적으로 형성하는데 사용된다. 하나의 상기 구현예에서, 연마 패드 전구체 혼합물(210)은 경질 패드를 최종적으로 형성하는데 사용되고 경화제(204)의 단지 단일 유형이 사용된다. 또 다른 구현예에서, 연마 패드 전구체 혼합물(210)은 연질 패드를 최종적으로 형성하는데 사용되고 (210을 함께 제공하는) 1차 및 2차 경화제의 조합이 사용된다. 예를 들어, 특이적 구현예에서, 프리-폴리머(202)는 폴리우레탄 전구체를 포함하고, 1차 경화제는 방향족 디아민 화합물을 포함하고, 그리고 2차 경화제는 에테르 결합을 포함한다. 특정 구현예에서, 폴리우레탄 전구체는 이소시아네이트이고, 1차 경화제는 방향족 디아민이고, 그리고 2차 경화제는 폴리테트라메틸렌 글리콜, 아미노-관능화된 글리콜, 또는 아미노-관능화된 폴리옥시프로필렌과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 경화제이다. 하나의 구현예에서, 프리-폴리머(202), 1차 경화제, 및 2차 경화제 (함께 (204))는, 즉, 대략 1:0.96 프리-폴리머:경화제의 화학양론을 제공하기 위해, 106 부 프리-폴리머, 85 부 1차 경화제, 및 15 부 2차 경화제의 근사 몰비를 갖는다. 비의 변형이 다양한 경도 값으로, 또는 프리-폴리머 및 제1 및 제2 경화제의 특이적 성질에 기반하여 연마 패드를 제공하기 위해 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
재차 도 2G를 참조로, 상기에서 기재된 바와 같이, 하나의 구현예에서, 형성 금형(200)에서의 가열은 성형된 연마 몸체(222)의 연마 표면(224)에서의 홈 패턴 형성을 포함한다. 나타난 바와 같이 홈 패턴은 방사상 홈 및 동심성 원형 원주 홈을 포함한다. 방사상 홈 또는 원주 홈이 생략될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 더욱이, 동심성 원주 홈은 대신 다각형, 예컨대 내포된 삼각형, 정사각형, 오각형, 육각형, 등일 수 있다. 대안적으로, 연마 표면은 홈 대신 돌출에 대신 기반될 수 있다. 더욱이, 저밀도 연마 패드는 연마 표면에서 홈 없이 제작될 수 있다. 하나의 상기 예에서, 성형 장치의 비-패턴화된 뚜껑은 패턴화된 뚜껑 대신 사용된다. 또는, 대안적으로, 성형 동안 뚜껑의 사용은 생략될 수 있다. 성형 동안 뚜껑의 사용의 경우에, 혼합물(210)은 대략 2 - 12 파운드 / 제곱 인치의 범위의 압력 하에 가열될 수 있다.
하나의 측면에서, 밀폐 셀 기공을 갖는 저밀도 패드는 제작될 수 있다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 연마 패드는 0.6 미만의 밀도를 갖는 및 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성된 연마 몸체를 포함한다. 복수의 밀폐 셀 기공은 열경화성 폴리우레탄 물질에 분산된다. 특정 구현예에서, 밀도는 0.5 g/cc 미만이다. 하나의 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공은 열경화성 폴리우레탄 물질의 총 부피의 대략 55 - 80 %의 범위로 열경화성 폴리우레탄 물질에서 총 기공 부피를 제공한다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 본질적으로 구형이다. 하나의 구현예에서, 연마 몸체는, 도 2G와 관련하여 기재된 바와 같이, 제1, 홈이 있는 표면; 및 제1 표면 반대편에 제2, 평탄한, 표면을 추가로 포함한다. 하나의 구현예에서, 연마 몸체는, 아래 더 상세히 기재된 바와 같이, 균일한 연마 몸체다.
하나의 예시적인 구현예에서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 열경화성 폴리우레탄 물질과 상이한 물질로 구성된 물리적 쉘을 포함한다. 그와 같은 경우에, 밀폐 셀 기공은, 상기에서 기재된 바와 같이, 최종적인 패드 제작을 위하여 성형되는 혼합물에서 포로겐을 포함시킴으로써 제작될 수 있다.
또 다른 예시적인 구현예에서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 열경화성 폴리우레탄 물질과 상이한 물질로 구성된 물리적 쉘을 포함한다. 복수의 밀폐 셀 기공의 제1 부분의 물리적 쉘은 복수의 밀폐 셀 기공의 제2 부분의 물리적 쉘과는 상이한 물질로 구성된다. 그와 같은 경우에, 밀폐 셀 기공은, 상기에서 기재된 바와 같이, 최종적인 패드 제작을 위하여 성형되는 혼합물에서 포로겐의 2개 유형 (예를 들면, 팽창된 및 비팽창된)을 포함시킴으로써 제작될 수 있다.
또 다른 예시적인 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공의 각각의 단지 일부분은 열경화성 폴리우레탄 물질과 상이한 물질로 구성된 물리적 쉘을 포함한다. 그와 같은 경우에, 밀폐 셀 기공은, 상기에서 기재된 바와 같이, 최종적인 패드 제작을 위하여 성형되는 혼합물에서 포로겐 및 기체 거품 또는 액적 모두를 포함시킴으로써 제작될 수 있다.
또 다른 예시적인 구현예에서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 열경화성 폴리우레탄 물질과 상이한 물질의 물리적 쉘을 포함하지 않는다. 그와 같은 경우에, 밀폐 셀 기공은, 상기에서 기재된 바와 같이, 최종적인 패드 제작을 위하여 성형되는 혼합물에서, 기체 거품 또는 액적, 또는 둘 모두를 포함시킴으로써 제작될 수 있다.
도 3은, 본 발명의 구현예에 있어서, 모두 포로겐 충전제에 기반되는 밀폐 셀 기공을 포함한 저밀도 연마 패드(300)의 100x 및 300x 배율 횡단면도를 예시한다. 도 3을 참조로, 나타난 모든 기공은 포로겐으로부터 형성되고, 이와 같이, 모두는 물리적 쉘을 포함한다. 기공의 일부분은 사전-팽창된 익스판셀 (Expancel) 포로겐으로부터 형성된다. 또 다른 부분은 연마 패드(300)을 제작하기 위해 사용된 성형 공정 동안 팽창한 비팽창된 익스판셀 포로겐으로부터 형성된다. 하나의 상기 구현예에서, 비-팽창된 익스판셀은 설계에 의해 저온에서 팽창한다. 성형 또는 주조 공정 온도는 팽창 온도 초과이고 익스판셀은 성형 또는 주조 동안 빠르게 팽창한다. 패드(300)의 밀도는 대략 0.45이고 패드에서 모든 기공은 밀폐 셀 기공이다.
도 4는, 본 발명의 구현예에 있어서, 밀폐 셀 기공, 포로겐 충전제에 기반되는 부분 및 기체 거품에 기반되는 부분을 포함한 저밀도 연마 패드(400)의 100x 및 300x 배율 횡단면도를 예시한다. 도 4를 참조로, 나타낸 작은 기공은 포로겐으로부터 형성되고, 이와 같이, 물리적 쉘을 포함한다. 더 구체적으로, 작은 기공은 사전-팽창된 익스판셀 포로겐으로부터 형성된다. 큰 기공은 기체를 이용하여 형성된다. 더 구체적으로, 큰 기공은 성형 또는 주조 직전에 패드 제형 혼합물 속에 주입된 소량의 물 및 계면활성제를 이용하여 형성된다. 사슬 확대를 위한 화학적 반응 동안, CO2를 형성하기 위해 및 기공을 창출하기 위해 NCO와 물의 화학적 반응의 경쟁이 있다. 계면활성제 유형 및 농도, 뿐만 아니라 촉매 유형 및 수준이 기공 크기 및 밀폐/개방 셀 기공 비를 제어하는 것을 이해해야 한다. 패드(400)의 밀도는 대략 0.37이고 패드내 기공의 유의미한 과반은 밀폐 셀 기공이다.
하나의 측면에서, 연마 패드내 기공 직경의 분포는 벨 곡선 또는 단일-모드 분포를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 5A는, 본 발명의 구현예에서, 저밀도 연마 패드내 기공 직경의 넓은 단일-모드 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯을 예시한다. 도 5A의 플롯(500A)를 참조로, 단일-모드 분포는 상대적으로 넓을 수 있다. 또 다른 예로서, 도 5B는, 본 발명의 구현예에 있어서, 저밀도 연마 패드내 기공 직경의 좁은 단일-모드 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯을 예시한다. 도 5B의 플롯(500B)를 참조로, 단일-모드 분포는 상대적으로 좁을 수 있다. 좁은 분포 또는 넓은 분포에서, 단 하나의 최대 직경 집단, 예컨대 (예로서 나타난 바와 같이) 40 마이크론에서 최대 집단은 연마 패드에서 제공된다.
또 다른 측면에서, 저밀도 연마 패드는 기공 직경의 이중모드 분포로 대신 제작될 수 있다. 예로서, 도 6A는, 본 발명의 구현예에 있어서, 밀폐 셀 기공의 대략 1:1 이중모드 분포를 갖는 저밀도 연마 패드의 횡단면도를 예시한다.
도 6A를 참조로, 연마 패드(600)은 균일한 연마 몸체(601)을 포함한다. 균일한 연마 몸체(601)은 균일한 연마 몸체(601)에 배치된 복수의 밀폐 셀 기공(602)와 함께 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성된다. 복수의 밀폐 셀 기공(602)는 직경의 다중-모드 분포를 갖는다. 하나의 구현예에서, 직경의 다중-모드 분포는, 도 6A에서 묘사된 바와 같이, 소직경 모드(604) 및 대직경 모드(606)을 포함한 직경의 이중모드 분포이다.
하나의 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공(602)는, 도 6A에서 묘사된 바와 같이, 서로로부터 분리된 기공을 포함한다. 이는 터널을 통해 서로에 연결될 수 있는 개방 셀 기공, 예컨대 통상적인 스펀지의 기공에 대한 경우와 대조이다. 하나의 구현예에서, 각각의 밀폐 셀 기공은 물리적 쉘, 예컨대 포로겐의 쉘을 포함한다. 또 다른 구현예에서, 그러나, 일부 또는 모든 밀폐 셀 기공은 물리적 쉘을 포함하지 않는다. 하나의 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공(602), 및 따라서 직경의 다중-모드 분포는, 도 6A에서 묘사된 바와 같이, 균일한 연마 몸체(601)의 열경화성 폴리우레탄 물질 전반에 걸쳐 본질적으로 고르게 및 균일하게 분포된다.
하나의 구현예에서, 복수의 밀폐 셀 기공(602)의 기공 직경의 이중모드 분포는, 도 6A에서 묘사된 바와 같이, 대략 1:1일 수 있다. 개념을 더 잘 예시하기 위해, 도 6B는, 본 발명의 구현예에 있어서, 도 6A의 연마 패드내 기공 직경의 좁은 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯(620)을 예시한다. 도 6C는, 본 발명의 구현예에 있어서, 도 6A의 연마 패드내 기공 직경의 넓은 분포에 대하여 기공 직경의 함수로서 집단의 플롯(630)을 예시한다.
도 6A-6C를 참조로, 대직경 모드(606)의 최대 집단에 대하여 직경 값은 소직경 모드(604)의 최대 집단의 직경 값의 대략 2배이다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 도 6B 및 6C에서 묘사된 바와 같이, 대직경 모드(606)의 최대 집단에 대하여 직경 값은 대략 40 마이크론이고 소직경 모드(604)의 최대 집단의 직경 값은 대략 20 마이크론이다. 또 다른 예로서, 대직경 모드(606)의 최대 집단에 대하여 직경 값은 대략 80 마이크론이고 소직경 모드(604)의 최대 집단의 직경 값은 대략 40 마이크론이다.
도 6B의 플롯(620)을 참조로, 하나의 구현예에서, 기공 직경의 분포는 좁다. 특이적 구현예에서, 대직경 모드(606)의 집단은 소직경 모드(604)의 집단과 본질적으로 중복되지 않는다. 그러나, 도 6C의 플롯(630)을 참조로, 또 다른 구현예에서, 기공 직경의 분포는 넓다. 특이적 구현예에서, 대직경 모드(606)의 집단은 소직경 모드(604)의 집단과 중복한다. 기공 직경의 이중모드 분포가, 도 6A-6C와 관련하여 상기 기재된 바와 같이, 1:1일 필요가 없다는 것을 이해해야 한다. 또한, 기공 직경의 이중모드 분포가 균일할 필요는 없다. 또 다른 구현예에서, 밀폐 셀 기공의 직경의 다중-모드 분포는 제1, 홈이 있는 표면부터 제2, 평탄 표면까지 구배로 열경화성 폴리우레탄 물질 전반에 걸쳐 단계적이다. 하나의 상기 구현예에서, 직경의 단계적인 다중-모드 분포는 제1, 홈이 있는 표면에 가까운 소직경 모드, 및 제2, 평탄 표면에 가까운 대직경 모드를 포함한 직경의 이중모드 분포이다.
하나의 구현예에서, 그 다음, 저밀도 연마 패드는 크기 분포의 제1 피크가 있는 제1 직경 모드 및 크기 분포의 제2, 상이한, 피크가 있는 제2 직경 모드를 갖는 직경의 이중-모드 분포가 있는 복수의 밀폐 셀 기공을 갖는다. 하나의 상기 구현예에서, 제1 직경 모드의 밀폐 셀 기공은 각각 열경화성 폴리우레탄 물질과 상이한 물질로 구성된 물리적 쉘을 포함한다. 특이적 상기 구현예에서, 제2 직경 모드의 밀폐 셀 기공은 각각 열경화성 폴리우레탄 물질과 상이한 물질로 구성된 물리적 쉘을 포함한다. 특정 상기 구현예에서, 제2 직경 모드의 각각의 밀폐 셀 기공의 물리적 쉘은 제1 직경 모드의 밀폐 셀 기공의 물리적 쉘의 물질과 상이한 물질로 구성된다.
하나의 구현예에서, 제1 직경 모드의 크기 분포의 제1 피크는 대략 10 - 50 마이크론의 범위에서 직경을 갖고, 제2 직경 모드의 크기 분포의 제2 피크는 대략 10 - 150 마이크론의 범위에서 직경을 갖는다. 하나의 구현예에서, 제1 직경 모드는 제2 직경 모드와 중복한다. 또 다른 구현예에서, 그러나, 제1 직경 모드는 제2 직경 모드와 본질적으로 중복되지 않는다. 하나의 구현예에서, 제1 직경 모드의 카운트 수에서의 총 집단은 제2 직경 모드의 카운트 수에서의 총 집단과 같지 않다. 또 다른 구현예에서, 그러나, 제1 직경 모드의 카운트 수에서의 총 집단은 제2 직경 모드의 카운트 수에서의 총 집단에 대략 같다. 하나의 구현예에서, 직경의 이중-모드 분포는 열경화성 폴리우레탄 물질 전반에 걸쳐 본질적으로 고르게 분포된다. 또 다른 구현예에서, 그러나, 직경의 이중-모드 분포는 열경화성 폴리우레탄 물질 전반에 걸쳐 단계적인 방식으로 분포된다.
본 발명의 또 다른 측면에서, 저밀도 연마 패드는 성형 공정을 위한 제조 보조제로서 지지층을 이용하여 성형 공정에서 제작된다. 예를 들어, 도 7A-7H는, 본 발명의 또 다른 구현예에서, 저밀도 연마 패드의 제작에서 사용된 작업의 횡단면도를 예시한다.
도 7A를 참조로, 형성 금형(700)이 제공된다. 하나의 구현예에서, 지지층(701)은 형성 금형(700)의 최하부에 배치된다. 지지층(701)은 연마 패드의 성형에서 제조 보조제로서 사용될 수 있고 패드 제조 이후 제거될 수 있거나 또는 최종 패드에 커플링된 채 유지될 수 있다. 하나의 구현예에서, 지지층은 폴리머 지지층, 예컨대 폴리카보네이트 지지층이다. 하나의 구현예에서, 지지층(701)은 대략 20 mil 미만의 두께 및, 특정 구현예에서, 대략 5 mil의 두께를 갖는다. 하나의 상기 구현예에서, 두께는 저밀도 연마 패드의 제작에서 사용된 탈형 공정에 일조하거나 또는 이를 가능하게 하는 적합하게 가요성 지지층(701)을 제공하도록 선택된다. 하나의 구현예에서, 지지층은 플라스틱 필름, 제직물, 종이, 금속 포일, 금속의 메쉬, 또는 탄소 섬유의 메쉬와 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 물질 층이다.
도 7B를 참조로, 프리-폴리머(702) 및 경화제(704) (예를 들면, 사슬 연장제 또는 가교결합제)는 혼합물을 형성하기 위해 포로겐(706)과 혼합된다. 하나의 구현예에서, 포로겐(706)은, 아래 더 상세히 기재된 바와 같이, 미세요소, 예컨대 충전된 또는 중공 폴리머 마이크로구형체이다. 선택적으로, 혼합물(710)은 기체 또는 액체(708)로 추가로 주입될 수 있다.
도 7C를 참조로, 도 7B로부터 수득한 혼합물(710)은, 지지층(701)상에서, 형성 금형(700)의 하부에서 보여진다. 혼합물(710)은 복수의 폴리머 미세요소(712) (즉, 포로겐(706))를 포함하고, 각각의 복수의 미세요소는 초기 크기를 갖는다. 하나의 상기 구현예에서, 모든 또는 실질적으로 모든 폴리머 미세요소(712)는, 아래 더 상세히 기재된 바와 같이, 패드 성형 공정 동안 크기를 팽창시키기에 적합한 비팽창된 포로겐이다. 상기 기재된 다른 문맥에서, 모든 최종 밀폐 셀 기공이 비팽창된 포로겐으로부터 생성되면, 제형의 점도는 주조 또는 성형에서 취급하기에 너무 낮을 수 있다. 그러나, 본원에 기재된 바와 같이 또 다른 구현예에서, 형성 금형(700)의 하부에서의 지지층(701)의 포함은 상기 기재된 일부 취급 사안 없이 상대적으로 덜한 점성 혼합물의 사용을 가능하게 한다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 지지층(701)이 형성 금형의 용적의 일부분을 차지하기 때문에, 혼합물의 상대적으로 덜한 용적이 패드 제작에 요구된다. 이와 같이, 단지 (또는 실질적으로 단독) 비팽창된 포로겐의 존재로 인한 혼합물의 더 낮은 점도는 혼합물의 용적이 감소되기 때문에 감당할 수 있게 된다. 추가적으로, 혼합물의 균일한 확산은 혼합물(710)의 상대적으로 더 낮은 점도 때문에 지지층(701)에 걸쳐 사실상 향상될 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 구현예에 있어서, 저밀도 연마 패드의 제작은 성형 공정 동안 대형 크기로 팽창하는 본질적으로 단지 비-팽창된 폴리머 미세요소의 사용을 포함한 성형 공정에서의 지지층의 사용에 의해 용이하게 된다.
하나의 구현예에서, 구현예, 비-팽창된 폴리머 미세요소(712)는 혼합물 전반에 걸쳐 분포된 비-팽창된 기체-충전된 또는 액체-충전된 EXPANCELTM이다. 예를 들면, 아래에서 기재된 바와 같이 성형 공정에 의해, 혼합물로부터 연마 패드 형성시 및/또는 형성 동안, 비-팽창된 기체-충전된 또는 액체-충전된 EXPANCELTM은 팽창된다. 하나의 구현예에서, 비-팽창된 폴리머 미세요소(712)는 아크릴 코-폴리머 쉘을 갖고 액체 예컨대 펜탄 또는 이소-부탄으로 충전된다. 따라서, 하나의 구현예에서, 초기 크기를 갖는 각각의 복수의 폴리머 미세요소(712)는 물리적 쉘을 포함하고, 최종 크기를 갖는 각각의 복수의 미세요소는 팽창된 물리적 쉘을 포함한다.
도 7D를 참조로, 형성 금형(700)의 뚜껑(716)은 형성 금형(700)의 하부와 함께 합쳐지고 혼합물(710)은 형성 금형(700)의 형상을 취한다. 하나의 구현예에서, 금형(700)은 뚜껑(716) 및 형성 금형(700)의 하부의 합침시 또는 합침 동안 탈기되어 이로써 공동 또는 공극이 형성 금형(710) 내에서 형성하지 않는다.
도 7E를 참조로, 혼합물(710)은 형성 금형(700)에서 가열된다. 각각의 복수의 폴리머 미세요소(712)는, 본질적으로 폴리머 미세요소의 최종 크기일 수 있는, 가열 동안 대형(718)로 팽창된다. 추가적으로, 도 7F를 참조로, 가열은 팽창된 미세요소(718)을 둘러싸는 부분적으로 또는 완전히 경화된 패드 물질(720)을 제공하기 위해 혼합물(710)을 경화시키는데 사용된다. 하나의 상기 구현예에서, 경화는 프리-폴리머 및 경화제의 물질에 기반하여 가교결합된 매트릭스를 형성한다. 하나의 구현예에서, 지지층(701)은 높은 인장 강도를 제공하고 그위에 경화된 혼합물(710)에 양호하게 결합한다. 하나의 상기 구현예에서, 부분적으로 또는 완전히 경화된 패드 물질(720)은 지지층(701)에 화학적으로/공유적으로 또는 물리적으로 결합된다. 특이적 구현예에서, 혼합물(710)은 대략 120-130 섭씨 온도의 범위내 온도로 형성 금형(700)에서 가열된다.
재차 도 7D 및 7E를 참조로, 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(712)는 대략 3 - 1000의 범위의 지수만큼 각각의 복수의 폴리머 미세요소의 용적을 증가시킴으로써 대형 크기(718)로 팽창된다. 특정 구현예에서, 크기는 대략 10의 지수만큼 확장된다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(712)는 대략 10-200 마이크론의 범위 및, 특히, 대략 20-25 마이크론의 범위로 각각의 복수의 미세요소(718)의 최종 직경을 제공하기 위해 대형 (가능하게는 최종) 크기(718)로 팽창된다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(712)는 대략 3-1000의 범위의 지수만큼 각각의 복수의 미세요소(712)의 밀도를 감소시킴으로써 최종 크기(718)로 팽창된다. 특정 구현예에서, 밀도는 약 15의 지수만큼 감소된다. 하나의 구현예에서, 각각의 복수의 미세요소(712)는 최종 크기의 각각의 복수의 미세요소(718)에 대하여 본질적으로 구형 형상을 형성함으로써 최종 크기(718)로 팽창된다. 하나의 구현예에서, 팽창된 폴리머 미세요소(718)은 용적 기준으로 패드 물질의 대략 50-60%를 차지한다. 하나의 구현예에서, 복수의 미세요소(718)의 팽창시, 혼합물(710)의 밀도는 대략 40-60%의 범위의 지수만큼 감소된다. 특이적 구현예에서, 혼합물(710)의 밀도는 대략 50%의 지수만큼 감소된다. 특정 구현예에서, 혼합물(710)의 밀도는 대략 1.1 g/cm3부터 대략 0.5 g/cm3까지 감소된다.
집합적으로 도 7E 및 7F를 참조로, 최종, 대형, 크기(718)로의 폴리머 미세요소(712) 팽창 배치 및 혼합물(710) 경화가 필연적으로 예시된 순서로 발생할 필요는 없다는 것을 이해해야 한다. 또 다른 구현예에서, 가열 동안, 혼합물(710)의 경화는 최종, 대형, 크기(718)로의 미세요소(712)의 팽창과 동시에 발생한다. 더욱 또 다른 구현예에서, 2개의 별개의 가열 작업이 혼합물(710)을 경화시키는데 및 최종, 대형, 크기(718)로 미세요소(712)를 팽창시키는데, 각각 수행된다. 하나의 구현예에서, 혼합물(710)의 경화는 금형(700)에서 완료되지 않는다. 경화는, 아래 더 상세히 기재된 바와 같이, 금형(700)으로부터 부분적으로 경화된 패드 물질의 제거시 완료될 수 있다. 더욱이, (예를 들면, 대략 90-95% 경화된) 불완전히 경화된 패드의 제거는, 또한 아래 더 상세히 기재된 바와 같이, 지지층(701)에 의해 용이하게 될 수 있다.
본 발명의 구현예에 있어서, 성형 공정에서 지지층(701)을 포함시킴으로써, 형성 금형(700)으로부터 제작된 패드를 탈형하는 시기와 관하여 성형 공정에서 효율이 만들어질 수 있다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 형성 금형(700)으로부터 커플링된 지지층(701) 및 성형된 연마 표면 층(720)의 제거는 경화의 정도가 연마 층(720)의 기하학을 유지하는데 및 탈형의 스트레스를 견디기에 충분한 경우 수행된다. 즉, 하나의 구현예에서, 상기 제거가 수행된 후 단독 성형된 균일한 연마 표면 층의 제거는 달리 지지층(701)의 부재하에서 수행될 수 있다. 하나의 구현예에서, 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체는 오븐에서 형성 금형(710)의 외부에서 마지막으로 또는 완전히 경화된다. 하나의 상기 구현예에서, 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체는 대략 100 섭씨 온도 미만의 온도에서 마지막으로 또는 완전히 경화된다.
도 7G를 참조로, 하나의 구현예에서, 상기에 기재된 공정은 저밀도 연마 패드(722)를 제공하는데 사용된다. 저밀도 연마 패드(722)는 경화된 물질(720)으로 구성되고 팽창된 폴리머 미세요소(718)을 포함한다. 하나의 구현예에서, 저밀도 연마 패드(722)는 열경화성 폴리우레탄 물질로 구성되고 팽창된 미세요소(718)은 열경화성 폴리우레탄 물질에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공을 제공한다. 재차 도 7G를 참조로, 저밀도 연마 패드(722)는 그 안에 홈 패턴을 갖는 연마 표면을 갖는다. 재차 도 7G를 참조로, 최종 패드 물질은 지지층(701)에 결합되어 있다. 페어링은 있는 그대로 연마 패드로서 사용될 수 있다. 하나의 예시적인 구현예에서, 최종 패드 두께는 지지층(701)의 두께에 기인하는 대략 130 - 180 mil의 범위, 대략 5 mil이다.
도 7H를 참조로, 하나의 구현예에서, 지지층(701)은 최종 연마 패드에서 유지되지 않는 제조 보조제이다. 즉, 지지층(701)은 연마 패드(722)로부터 제거될 수 있다. 하나의 구현예에서, 지지층(701)의 제거는 성형된 연마 몸체(722)의 지지층(701)의 밀링 제거를 포함한다. 또 다른 구현예에서, 지지층(701)의 제거는 성형된 연마 몸체(722)로부터 지지층(701) 절단 제거, 성형된 연마 몸체(722)로부터 지지층(701) 스카이빙, 지지층(701) 분해, 지지층(701) 에칭, 또는 지지층(701) 마멸과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 기술의 이용을 포함한다.
하나의 구현예에서, 지지층(701)은 형성 금형(710)의 외부에서 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 추가 경화에 앞서 제거된다. 또 다른 구현예에서, 지지층(701)은 형성 금형(710)의 외부에서 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 추가 경화 동안 제거된다. 더욱 또 다른 구현예에서, 지지층(701)은 형성 금형(710)의 외부에서 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 추가 경화에 이어서 제거된다. 하나의 상기 구현예에서, 지지층(701)은 최종 경화 동안 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 완전성 유지에 일조하기 위해 최종 경화 동안 유지된다. 지지층(701)은 그 다음 최종 경화의 완료시 제거된다.
재차 도 7H를 참조로, 하나의 구현예에서, 최종 연마 패드(722)는 기판 연마용 연마 패드이다. 하나의 상기 구현예에서, 연마 패드(722)는 대략 0.4 - 0.55 g/cc의 범위에서 밀도를 갖는 연마 몸체를 포함한다. 연마 몸체는 열경화성 폴리우레탄 물질 및 열경화성 폴리우레탄 물질에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공을 포함한다. 특정 구현예에서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 아크릴 코-폴리머로 구성된 쉘을 갖는다. 특정 구현예에서, 연마 몸체는 대략 0.44 - 0.52 g/cc의 범위에서 밀도를 갖는다. 하나의 구현예에서, 본원에서 기재된 저밀도 연마 패드, 예컨대 연마 패드(222, 300, 400 또는 722), 또는 상기에 기재된 이의 변형은 기판 연마에 적합하다. 하나의 상기 구현예에서, 연마 패드는 버프 패드로서 사용된다. 기판은 반도체 제조 산업에서 사용된 것, 예컨대 디바이스 또는 그위에 배치된 다른 층을 갖는 실리콘 기판일 수 있다. 그러나, 기판은 과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는, MEMS 디바이스, 레티클, 또는 태양광 모듈용 기판일 수 있다. 따라서, “기판 연마용 연마 패드”에 대한 참조는, 본원에서 사용된 바와 같이, 이들 및 관련된 가능성을 포함하도록 의도된다.
본원에서 기재된 저밀도 연마 패드, 예컨대 연마 패드(222, 300, 400 또는 722), 또는 상기에 기재된 이의 변형은 열경화성 폴리우레탄 물질의 균일한 연마 몸체로 구성될 수 있다. 하나의 구현예에서, 균일한 연마 몸체는 열경화성, 밀폐 셀 폴리우레탄 물질로 구성된다. 하나의 구현예에서, 용어 “균일한”은 열경화성, 밀폐 셀 폴리우레탄 물질의 조성물이 연마 몸체의 전체 조성물 전반에 걸쳐 일관되는 것을 나타내는데 사용된다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 용어 “균일한”은, 예를 들면, 상이한 물질의 다중 층의 조성물 (복합체) 또는 함침된 펠트로 구성된 연마 패드를 제외한다. 하나의 구현예에서, 용어 “열경화성”은 비가역적으로 경화하는 폴리머 물질, 예를 들면, 경화에 의해 비용해성, 불용성 폴리머 네트워크로 비가역적으로 변화하는 물질에 대한 전구체를 나타내는데 사용된다. 예를 들어, 하나의 구현예에서, 용어 “열경화성”은, 예를 들면, 하기로 구성된 연마 패드를 제외한다:“열가소성” 물질 또는 “열가소성물질” - 가열된 경우 액체로 변하고 충분히 냉각된 경우 매우 유리 같은 상태로 되돌아가는 폴리머로 구성된 물질. 열경화성 물질로부터 제조된 연마 패드가 화학적 반응에서 폴리머를 형성하기 위해 저 분자량 전구체 반응으로부터 전형적으로 제작되고, 반면에 열가소성 물질로부터 제조된 패드가 물리적 공정에서 연마 패드가 형성되도록 상 변화를 일으키기 위해 기존의 폴리머의 가열에 의해 전형적으로 제작되는 것이 주목된다. 폴리우레탄 열경화성 폴리머는 그의 안정적인 열적 및 기계적 특성, 화학적 환경에 대한 내성, 및 내마모성에 대한 경향에 기반하여 본원에서 기재된 연마 패드 제작을 위하여 선택될 수 있다.
하나의 구현예에서, 균일한 연마 몸체는, 컨디셔닝 및/또는 연마시, 대략 1 - 5 마이크론 루트 제곱평균의 범위에서 연마 표면 조도를 갖는다. 하나의 구현예에서, 균일한 연마 몸체는, 컨디셔닝 및/또는 연마시, 대략 2.35 마이크론 루트 제곱평균의 연마 표면 조도를 갖는다. 하나의 구현예에서, 균일한 연마 몸체는 대략 30 - 120 메가파스칼 (MPa)의 범위로 25 섭씨 온도에서 저장 탄성률을 갖는다. 또 다른 구현예에서, 균일한 연마 몸체는 대략 30 메가파스칼 (MPa) 미만으로 25 섭씨 온도에서 저장 탄성률을 갖는다. 하나의 구현예에서, 균일한 연마 몸체는 대략 2.5%의 압축성을 갖는다.
하나의 구현예에서, 본원에서 기재된 저밀도 연마 패드, 예컨대 연마 패드(222, 300, 400 또는 722), 또는 상기에 기재된 이의 변형은 성형된 균일한 연마 몸체를 포함한다. 용어 “성형된”은, 도 2A-2G 또는 도 7A-7H와 관련하여 상기 더 상세히 기재된 바와 같이, 균일한 연마 몸체가 형성 금형에서 형성되는 것을 나타내는데 사용된다. 다른 구현예에서, 주조 공정이 저밀도 연마 패드 예컨대 상기에서 기재된 것들을 제작하는데 대신 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
하나의 구현예에서, 균일한 연마 몸체는 불투명하다. 하나의 구현예에서, 용어 “불투명한”은 대략 10% 이하 가시광을 통과시키는 물질을 나타내는데 사용된다. 하나의 구현예에서, 균일한 연마 몸체는 대부분에서, 또는 전적으로 균일한 연마 몸체의 균일한 열경화성, 밀폐 셀 폴리우레탄 물질 (에서 예를 들면, 추가의 성분으로서) 전반에 걸친 불투명한 충전제의 포함 때문에 불투명하다. 특이적 구현예에서, 불투명한 충전제는 질화붕소, 세륨 플루오라이드, 그래파이트, 그래파이트 플루오라이드, 몰리브데늄 설파이드, 니오븀 설파이드, 탈크, 탄탈럼 설파이드, 텅스텐 디설파이드, 또는 테플론과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 물질이다.
저밀도 연마 패드, 예컨대 패드(222, 300, 400 또는 722)의 크기조정은 적용에 따라 다양할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 특정 파라미터는 종래의 가공 장비와 또는 심지어 종래의 화학적 기계적 가공 작업과 양립가능한 연마 패드를 제작하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 구현예에 있어서, 저밀도 연마 패드는 대략 0.075 인치 내지 0.130 인치의 범위, 예를 들면, 대략 1.9 - 3.3 밀리미터의 범위에서 두께를 갖는다. 하나의 구현예에서, 저밀도 연마 패드는 대략 20 인치 내지 30.3 인치의 범위, 예를 들면, 대략 50 - 77 센티미터의 범위, 및 가능하게는 대략 10 인치 내지 42 인치의 범위, 예를 들면, 대략 25 - 107 센티미터의 범위에서 직경을 갖는다.
본 발명의 또 다른 구현예에서, 본원에서 기재된 저밀도 연마 패드는 연마 패드에 배치된 국부 면적 투명도 (LAT) 영역을 추가로 포함한다. 하나의 구현예에서, LAT 영역은 연마 패드에 배치되고, 이와 공유결합된다. 적합한 LAT 영역의 예는 하기에서 기재되어 있다: 미국 특허 출원 12/657,135 (2010년 1월 13일 출원, NexPlanar Corporation에 양도), 및 미국 특허 출원 12/895,465 (2010년 9월 30일 출원, NexPlanar Corporation에 양도). 대안적인 또는 추가의 구현예에서, 저밀도 연마 패드는 연마 표면 및 연마 몸체에 배치된 개구를 추가로 포함한다. 개구는, 예를 들면, 연마 도구의 플래튼에 포함된 검출 디바이스를 수용할 수 있다. 접착제 시트는 연마 몸체의 뒷 표면상에 배치된다. 접착제 시트는 연마 몸체의 뒷 표면에서 개구에 불투과성 밀봉을 제공한다. 적합한 개구의 예는 하기에서 기재되어 있다: 미국 특허 출원 13/184,395 (2011년 7월 15일 출원, NexPlanar Corporation에 양도). 또 다른 구현예에서, 저밀도 연마 패드는, 예를 들면, 와전류 검출 시스템으로 사용을 위하여 검출 영역을 추가로 포함한다. 적합한 와전류 검출 영역의 예는 하기에서 기재되어 있다: 미국 특허 출원 12/895,465 (2010년 9월 30일 출원, NexPlanar Corporation에 양도).
본원에서 기재된 저밀도 연마 패드, 예컨대 연마 패드(222, 300, 400 또는 722), 또는 상기에 기재된 이의 변형은 연마 몸체의 뒷 표면상에 배치된 기반층을 추가로 포함할 수 있다. 하나의 상기 구현예에서, 결과는 연마 표면의 물질과 상이한 벌크 또는 기반 물질을 가진 연마 패드이다. 하나의 구현예에서, 복합체 연마 패드는 연마 표면 층이 배치되는 안정적인, 본질적으로 비-압축성, 불활성 물질로부터 제작된 기반 또는 벌크 층을 포함한다. 경질 기반층은 패드 완전성을 위하여 지지 및 강도를 제공할 수 있고 반면에 연질 연마 표면 층은 연마 패드의 연마 층 및 나머지의 물질 특성의 디커플링을 가능하게 하는, 스크레칭을 감소시킬 수 있다. 적합한 기반층의 예는 하기에서 기재되어 있다: 미국 특허 출원 13/306,845 (2011년 11월 29일 출원, NexPlanar Corporation에 양도).
본원에서 기재된 저밀도 연마 패드, 예컨대 연마 패드(222, 300, 400 또는 722), 또는 상기에 기재된 이의 변형은 연마 몸체의 뒷 표면상에 배치된 보조 패드, 예를 들면, CMP 기술에서 공지된 바와 같이 종래의 보조 패드를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 상기 구현예에서, 보조 패드는 폼, 고무, 섬유, 펠트 또는 고 다공성 물질과 같은, 그러나 이에 제한되지 않는 물질로 구성된다.
설명을 위한 기반으로서 재차 도 2G를 참조로, 저밀도 연마 패드 예컨대 본원에서 기재된 것에서 형성된 홈 패턴의 개별적인 홈은 각 홈상의 임의의 주어진 지점에서 약 4 내지 약 100 mil 깊이일 수 있다. 일부 구현예에서, 홈은 각 홈상의 임의의 주어진 지점에서 약 10 내지 약 50 mil 깊이이다. 홈은 균일한 깊이, 가변 깊이, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 일부 구현예에서, 홈 모두는 균일한 깊이이다. 예를 들어, 홈 패턴의 홈은 모두 동일한 깊이를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 홈 패턴의 홈의 일부는 특정 균일한 깊이를 가질 수 있고 반면에 동일한 패턴의 다른 홈은 상이한 균일한 깊이를 가질 수 있다. 예를 들어, 홈 깊이는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 증가할 수 있다. 일부 구현예에서, 그러나, 홈 깊이는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 감소한다. 일부 구현예에서, 균일한 깊이의 홈은 가변 깊이의 홈과 교대한다.
저밀도 연마 패드 예컨대 본원에서 기재된 것에서 형성된 홈 패턴의 개별적인 홈은 각 홈상에 임의의 주어진 지점에서 약 2 내지 약 100 mil 폭일 수 있다. 일부 구현예에서, 홈은 각 홈상의 임의의 주어진 지점에서 약 15 내지 약 50 mil 폭이다. 홈은 균일한 폭, 가변 폭, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 일부 구현예에서, 홈 모두는 균일한 폭이다. 일부 구현예에서, 그러나, 동심성의 홈의 일부는 특정 균일한 폭을 갖고, 반면에 동일한 패턴의 다른 홈은 상이한 균일한 폭을 갖는다. 일부 구현예에서, 홈 폭은 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 증가한다. 일부 구현예에서, 홈 폭은 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 감소한다. 일부 구현예에서, 균일한 폭의 홈은 가변 폭의 홈과 교대한다.
이전에 기재된 깊이 및 폭 치수에 있어서, 연마 패드내 개구의 위치에서 또는 근처에서의 홈을 포함한, 본원에서 기재된 홈 패턴의 개별적인 홈은 균일한 용적, 가변 용적, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 일부 구현예에서, 홈 모두는 균일한 용적이다. 일부 구현예에서, 그러나, 홈 용적은 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 증가한다. 일부 다른 구현예에서, 홈 용적은 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 감소한다. 일부 구현예에서, 균일한 용적의 홈은 가변 용적의 홈과 교대한다.
본원에서 기재된 홈 패턴의 홈은 약 30 내지 약 1000 mil의 피치를 가질 수 있다. 일부 구현예에서, 홈은 약 125 mil의 피치를 갖는다. 원형 연마 패드를 위하여, 홈 피치는 원형 연마 패드의 반경을 따라 측정된다. CMP 벨트에서, 홈 피치는 CMP 벨트의 중심부터 CMP 벨트의 가장자리까지 측정된다. 홈은 균일한 피치, 가변 피치, 또는 그의 임의의 조합일 수 있다. 일부 구현예에서, 홈 모두는 균일한 피치이다. 일부 구현예에서, 그러나, 홈 피치는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 증가한다. 일부 다른 구현예에서, 홈 피치는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 감소한다. 일부 구현예에서, 하나의 섹터내 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 다양하고 반면에 인접한 섹터내 홈의 피치는 균일하게 있는다. 일부 구현예에서, 하나의 섹터내 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 증가하고 반면에 인접한 섹터내 홈의 피치는 상이한 비율로 증가한다. 일부 구현예에서, 하나의 섹터내 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 증가하고 반면에 인접한 섹터내 홈의 피치는 연마 패드의 중심으로부터 거리 증가와 함께 감소한다. 일부 구현예에서, 균일한 피치의 홈은 가변 피치의 홈과 교대한다. 일부 구현예에서, 균일한 피치의 홈의 섹터는 가변 피치의 홈의 섹터와 교대한다.
본원에서 기재된 연마 패드는 다양한 화학적 기계적 연마 장치와의 사용에 적합할 수 있다. 예로서, 도 8은, 본 발명의 구현예에 있어서, 저밀도 연마 패드와 양립가능한 연마 장치의 등각 측면도를 예시한다.
도 8을 참조로, 연마 장치(800)은 플래튼(804)를 포함한다. 플래튼(804)의 상부 표면(802)는, 도 8에서 묘사된 바와 같이, 저밀도 연마 패드(899)를 지지하는데 사용될 수 있다. 플래튼(804)는 스핀들 회전(806)을 제공하도록 구성될 수 있다. 샘플 캐리어(810)은 연마 패드로의 반도체 웨이퍼의 연마 동안 반도체 웨이퍼(811)을 제 자리에 유지하는데 사용된다. 샘플 캐리어(810)은 슬라이더 진동(708)을 추가로 제공할 수 있다. 샘플 캐리어(810)은 서스펜션 기전(812)에 의해 추가로 지지된다. 슬러리 공급물(814)는 반도체 웨이퍼의 연마에 앞서 및 연마 동안 연마 패드(899)의 표면에 슬러리 제공을 위하여 포함된다. 컨디셔닝 유니트(890)은 또한 포함될 수 있고, 하나의 구현예에서, 연마 패드 컨디셔닝을 위하여 다이아몬드 팁을 포함한다.
따라서, 저밀도 연마 패드 및 저밀도 연마 패드의 제작 방법이 개시되어 있다.

Claims (24)

  1. 기판 연마용 연마 패드로서, 상기 연마 패드는,
    대략 0.4 - 0.55 g/cc의 범위의 밀도를 갖고,
    열경화성 폴리우레탄 물질; 및
    상기 열경화성 폴리우레탄 물질에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공으로서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공은 아크릴 코-폴리머를 포함한 쉘을 갖는, 복수의 밀폐 셀 기공
    을 포함하는 연마 몸체를 포함하는, 기판 연마용 연마 패드.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 연마 몸체가 대략 0.44 - 0.52 g/cc의 범위의 밀도를 갖는, 연마 패드.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 연마 몸체가 균일한 연마 몸체인, 연마 패드.
  4. 청구항 1에 있어서, 복수의 밀폐 셀 기공이 상기 열경화성 폴리우레탄 물질의 총 부피의 대략 50-60%의 범위로 상기 열경화성 폴리우레탄 물질에서 총 기공 부피를 제공하는, 연마 패드.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 연마 몸체가 추가로 하기를 포함하는, 연마 패드:
    제1, 홈이 있는 표면; 및
    상기 제1 표면 반대편인 제2, 평탄, 표면.
  6. 청구항 1에 있어서, 각각의 복수의 밀폐 셀 기공이 본질적으로 구형인, 연마 패드.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 연마 몸체가 성형된 연마 몸체인, 연마 패드.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 연마 몸체가 추가로 하기를 포함하는, 연마 패드:
    상기 연마 몸체 전반에 걸쳐 대략 고르게 분포된 불투명한 충전제.
  9. 청구항 1에 있어서, 추가로 하기를 포함하는, 연마 패드:
    상기 연마 몸체의 뒷 표면상에 배치된 지지층.
  10. 청구항 1에 있어서, 추가로 하기를 포함하는, 연마 패드:
    상기 연마 몸체의 뒷 표면에 배치된 검출 영역.
  11. 청구항 1에 있어서, 추가로 하기를 포함하는, 연마 패드:
    상기 연마 몸체의 뒷 표면상에 배치된 보조 패드.
  12. 청구항 1에 있어서, 추가로 하기를 포함하는, 연마 패드:
    상기 연마 몸체에 배치된, 및 이와 공유결합된 국부 면적 투명도 (LAT) 영역.
  13. 연마 패드의 제작 방법으로서, 상기 방법이 하기 단계를 포함하는, 방법:
    형성 금형에서 지지층을 제공하는 단계;
    상기 형성 금형에서 및 상기 지지층상에서 프리-폴리머 및 사슬 연장제 또는 가교결합제와 복수의 미세요소의 혼합물을 제공하는 단계로서, 각각의 복수의 미세요소가 초기 크기를 갖는, 단계;
    열경화성 폴리우레탄 물질 및 상기 열경화성 폴리우레탄 물질에 분산된 복수의 밀폐 셀 기공을 포함한 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체를 제공하기 위해 상기 형성 금형에서 상기 혼합물을 가열하는 단계로서, 복수의 밀폐 셀 기공은 상기 가열 동안 대형 크기로 각각의 복수의 미세요소를 팽창시킴으로써 형성되고, 여기서 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체는 상기 지지층에 결합되는, 단계.
    상기 형성 금형으로부터 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체 및 지지층 페어링을 제거하는 단계;
    상기 형성 금형으로부터 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체 및 지지층 페어링을 제거하는 단계에 이어서, 상기 지지층에 결합된 성형된 연마 몸체를 제공하기 위해 상기 형성 금형 외부에서 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체를 추가로 경화시키는 단계; 및
    상기 형성 금형으로부터 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체 및 지지층 페어링을 제거하는 단계에 이어서, 상기 지지층을 제거하는 단계.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 지지층이 상기 형성 금형의 외부에서의 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 추가 경화에 앞서 제거되는, 방법.
  15. 청구항 13에 있어서, 상기 지지층이 상기 형성 금형의 외부에서의 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 상기 추가 경화 동안 제거되는, 방법.
  16. 청구항 13에 있어서, 상기 지지층이 상기 형성 금형 외부에서의 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 추가 경화에 이어서 제거되는, 방법.
  17. 청구항 13에 있어서, 상기 형성 금형으로부터 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체 및 지지층 페어링을 제거하는 단계가 상기 부분적으로 경화되고 성형된 균일한 연마 표면 층의 기하학을 유지하기에 및 탈형의 스트레스를 견디기에 상기 경화 정도가 충분한 경우 수행되는, 방법.
  18. 청구항 13에 있어서, 상기 지지층을 제거하는 단계가 상기 성형된 연마 몸체의 상기 지지층 밀링 제거를 포함하는, 방법.
  19. 청구항 13에 있어서, 상기 지지층을 제거하는 단계가 상기 성형된 연마 몸체로부터 상기 지지층 절단 제거, 상기 성형된 연마 몸체로부터 상기 지지층 스카이빙, 상기 지지층 분해, 상기 지지층 에칭, 및 상기 지지층 마멸로 이루어진 군으로부터 선택된 기술의 이용을 포함하는, 방법.
  20. 청구항 13에 있어서, 상기 대형 크기로의 각각의 복수의 미세요소의 팽창이 대략 3 - 1000의 범위의 지수만큼 각각의 복수의 미세요소의 용적 증가를 포함하는, 방법.
  21. 청구항 13에 있어서, 상기 대형 크기로의 각각의 복수의 미세요소의 팽창이 대략 10-200 마이크론의 범위인 각각의 복수의 미세요소의 최종 직경의 제공을 포함하는, 방법.
  22. 청구항 13에 있어서, 상기 대형 크기로의 각각의 복수의 미세요소의 팽창이 상기 대형 크기의 각각의 복수의 미세요소에 대하여 본질적으로 구형 형상 형성을 포함하는, 방법.
  23. 청구항 13에 있어서, 상기 혼합물의 상기 가열이 대략 120-130 섭씨 온도의 범위 온도에서 수행되는, 방법.
  24. 청구항 13에 있어서, 상기 형성 금형의 외부에서의 상기 부분적으로 경화되고 성형된 연마 몸체의 추가 경화가 오븐에서의 가열을 포함하는, 방법.
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