KR20180070466A - 통합 윈도우를 갖는 화학 기계적 평탄화 (cmp) 연마 패드를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 평탄한 또는 형상화된 CMP 연마층 표면을 생성하는 암컷(female) 형상인 표면을 가지고 그 위에 1종 이상의 종점 검출 윈도우 피스를 원위치에 유지하는 개방 주형을 제공하는 단계; 용매 무함유 반응 혼합물을 형성하기 위해 액체 이소시아네이트 성분을 액체 폴리올 성분과 혼합하는 단계; 1종 이상의 윈도우 피스를 사전규정된 위치에 각각의 윈도우 피스로, 원위치에 유지하면서 상기 개방 주형 상에 상기 반응 혼합물을 분무하는 단계, 이후 상기 반응 혼합물을 경화하는 단계를 포함하는 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마층 또는 패드를 제조하는 방법을 제공한다.

Description

통합 윈도우를 갖는 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 패드를 제조하는 방법{METHODS FOR MAKING CHEMICAL MECHANICAL PLANARIZATION (CMP) POLISHING PADS HAVING INTEGRAL WINDOWS}

본 발명은 누출되지 않고, 그리고 사용시 부풀거나 뒤틀리지 않는 종점 검출 윈도우를 포함하는 다공성 폴리우레탄 (PU) 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 패드를 생산하는 방법에 관한 것이다.

화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 패드는 사용자가 시작부터 끝까지 연마 작업의 상태를 감지할 수 있도록 1종 이상의 윈도우를 포함하고 있다. 패드 또는 그것의 표면의 성형 이전에 연마 패드에 편입되거나 결합된 윈도우로서 정의된 통합 윈도우를 갖는 CMP 연마 패드는 공지된 방법에 의해 형성될 수 있다. 몰딩 및 스카이빙 공정에서, 상기 방법은 성형된 폴리우레탄 케이크에 윈도우 스톡의 피스를 매립하여 개별적인 CMP 연마 패드가 경화 후 케이크로부터 스카이빙되거나 또는 절단될 때, 윈도우가 패드와 함께 절단되도록 하는 단계를 포함한다. 경화 과정 동안, 윈도우 물질의 블록은 패드 재료와 결합하여 이것을 원위치에 유지할 것이다. 그와 같은 공정에서, 윈도우는 패드의 정확한 두께이며 그리고 홈 배제 영역은 윈도우의 표면을 손상시키는 것을 방지하기 위한 그루빙 단계에 편입되어야 한다. 따라서, 패드는 1종 이상의 윈도우가 존재하는 홈을 포함하도록 선반되거나 또는 연삭된다. 이것은 윈도우가 보호되는 노동 집중적인 방법을 필요로 한다. 그러나, 스카이빙에 의해 생성된 기계력 및 열은 변함없이 윈도우 표면에 손상을 야기하고, 그리고 윈도우 수축 및/또는 (기형이 오목한 곳인) 뒤틀림 또는 (기형이 볼록한 곳인) 과도한 팽창으로 이어진다. 선반이나 연삭으로 발생하는 힘은 또한 윈도우를 손상시킬 수 있고 뒤틀림을 야기할 수 있다. CMP 연마 패드용 윈도우를 제조하는 또 다른 공지된 방법은, CMP 연마 패드가 제조되고 그루빙된 후에, CMP 연마 패드로부터 영역이 지정된 두께와 외부 치수로 이전에 절단되어 진 윈도우 피스를 장착하도록 절단되는 원위치에서 플러그 (PIP) 방법이다. CMP 연마 패드에 윈도우의 접착은 윈도우를 원위치에 유지하기 위해 감압성 접착제 (PSA), 예컨대 합성 고무, 아크릴 핫 멜트, 폴리비닐아세테이트 또는 시아노아크릴레이트 플라스티졸에 의존한다. 이 방법은 CMP 연마 패드가 사용될 때 윈도우를 통한 CMP 슬러리 누출로 이어질 수 있다.

Pai 등의 미국 특허 번호 8,609,001 B2는 검출 윈도우를 갖는 CMP 연마 패드를 제조하는 방법을 개시하고, 상기 방법은 패드를 절단함이 없이 검출 윈도우 공간을 갖는 연마층을 형성하는 단계를 포함한다. 연마층은 봉입된 몰드 내의 분리가능한 더미 검출 윈도우 또는 몰드 돌출부의 존재하에 형성된다. 연마층을 성형한 후에, 더미 검출 윈도우 또는 몰드 돌출부를 제거하면 검출 윈도우 공간을 갖는 연마층이 생성되고; 윈도우 전구체가 검출 윈도우 공간에 채워지고 경화된다. 윈도우 전구체의 별도 경화가 더미 윈도우 또는 돌출부의 제거 후에 필요하다. Pai 등에서의 공정은 단일 성형 내에서의 균일성 문제 및 탈형에서의 어려움으로 이어지는 사출 성형의 약점이 있다; 또한, 이들은 경화되기 전에 몰드 전체를 통해 흐를 수 있어야 하고 그리고 그 다음 몰드에서 탈형을 위해 충분히 잘 경화될 수 있어야 하기 때문에 단지 좁은 범위의 물질만이 사출 성형될 수 있다.

본 발명자들은 개선된 균일성을 갖는 화학 기계적 연마 패드를 제조하기 위한 적용 또는 분무 방법을 제공하는 문제를 해결하고자 하였다.

1. 본 발명에 따르면, 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마 패드 또는 층을 제조하는 방법은 평탄한 또는 형상화된 CMP 연마층을 생성하는 암컷 형상인 표면을 가지고 그 위에 1종 이상의 윈도우 피스를 원위치에 유지하는 개방 주형을 제공하는 단계, 반응 혼합물, 바람직하게는, 용매 무함유 및 실질적으로 무수 반응 혼합물을 형성하기 위해 액체 이소시아네이트 성분을 액체 폴리올 성분과 혼합하는 단계, 1종 이상의 윈도우 피스를 사전규정된 위치에 각각의 윈도우 피스로, 원위치에 유지하면서 상기 개방 주형 상에 상기 반응 혼합물을 분무하는 단계, 그 다음: 상기 반응 혼합물로부터 겔 연마층을 형성하도록 상기 반응 혼합물을 경화하는 단계, 탈형하는 단계 및 폴리우레탄 반응 생성물을 CMP 연마층으로 형성하기 위해 상기 겔 연마층을 경화하는 단계를 포함한다.

2. 상기 항목 1에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 개방 주형 표면으로부터 떨어진 배면측 상에 마스킹되거나 또는 블록킹화되고, 이로써 윈도우 피스의 상기 마스킹된 또는 블록킹화된 면 상에 반응 혼합물의 증강을 방지하고, 그리고 1종 이상의 윈도우 피스의 표면을 노출하도록 배면측을 면하게 할 필요를 배제한다.

3. 상기 항목 1 또는 2 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 반응 혼합물은 80℃에서 2 내지 600초, 또는, 바람직하게는, 5 내지 300초 또는, 바람직하게는, 5 내지 120초의 겔화 시간을 갖는다.

4. 상기 항목 1, 2, 또는 3 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 경화는 겔 연마층을 형성하기 위해 주위 온도 내지 130℃에서 30초 내지 30분, 또는, 바람직하게는, 30초 내지 5분의 기간 동안 초기 경화하는 단계, 개방 주형으로부터 겔 연마층을 탈형하는 단계, 및 그 다음 마지막으로 1종 이상의 종점 검출 윈도우를 가지고 0.5 gm/cc 내지 1 gm/cc 또는, 바람직하게는, 0.75 gm/cc 내지 0.95 gm/cc의 범위인 밀도를 갖는 CMP 연마층으로서 다공성 폴리우레탄 반응 생성물을 형성하기 위해 1분 내지 16시간, 또는 바람직하게는 5분 내지 15분의 기간 동안 60 내지 130℃의 온도에서 경화하는 단계를 포함한다.

5. 상기 항목 1, 2, 3, 또는 4 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 방향족, 지방족 또는 지환족 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응으로부터 형성된 것, 또는 이소시아네이트 종료된 우레탄 예비중합체로부터 형성된 것 또는 이소시아네이트 성분 및 폴리올 성분의 2-성분 반응 혼합물로부터 형성된 것으로부터 선택된 폴리우레탄을 포함한다.

6. 상기 항목 1, 2, 3, 4 또는 5 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 (i) 폴리올 성분 내 폴리올 및 이소시아네이트 성분 내 이소시아네이트의 총 중량을 기준으로 2 wt.% 미만의 방향족 이소시아네이트 기를 함유하는 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분의 생성물, 및 (ii) 0 내지 90 wt%의 2작용성 경화제; 및, 분자당 적어도 1종의 질소 원자 및 분자 당 평균 적어도 3개의 하이드록실 기의 갖는 10 내지 100 wt%의 아민 개시된 폴리올 경화제를 포함하는 (a) 방향족 다작용성 이소시아네이트, (b) 예비중합체 폴리올 및, (c) 경화제의 반응 생성물인 5.5 내지 9.5 wt% 미반응된 NCO 그룹 샌드를 갖는 이소시아네이트 종료된 우레탄 예비중합체와 폴리올 성분의 폴리우레탄으로부터 선택된 폴리우레탄을 포함하고, 여기서 상기 윈도우 피스는 ≥ 1 g/㎤의 밀도; 0.1 vol% 미만의 다공성; 35 내지 65의 쇼어 D 경도; 및 < 300%의 파단 연신율을 나타낸다.

7. 상기 항목 6에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 윈도우 피스를 형성하기 위해 사용된 액체 이소시아네이트 성분은 지방족 디이소시아네이트, 예컨대 에틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸 헥사메틸렌 디이소시아네이트 및 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트; 지환족 디이소시아네이트, 예컨대 l,4-사이클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디사이클로헥실 메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 노르보르난 디이소시아네이트; 및 이들의 혼합물을 포함한다.

8. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 또는 7 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 Sharp Cone Point 35°압입기 특징인 렉스 유형(Rex Type) D 게이지를 사용한 쇼어 D 경도가 15 내지 90의 범위인 경도를 갖는다.

9. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 또는 8 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 CMP 연마층은 15 내지 90 또는, 바람직하게는, 20 내지 70의 범위인 Sharp Cone Point 35°압입기 특징인 렉스 유형(Rex Type) D 게이지를 사용한 쇼어 D 경도를 갖는다.

11. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 또는 10 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 각각의 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 원형, 정사각형 또는 직사각형, 또는 다각형이고, 그리고 상기 개방 주형은 각각의 1종 이상의 윈도우 피스와 동일한 형상 및 외부 치수, 예를 들면, 둥근 윈도우 피스와 동일한 직경 또는 정사각형 또는 직사각형 윈도우 피스와 동일한 길이 및 폭을 가지고 각각의 1종 이상의 윈도우 피스를 수용하도록 적응된 평탄한 영역 또는 요부를 가진다.

12. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 또는 11 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 1종 이상의 윈도우 피스는: 겔 연마층을 형성하기 위해 분무 및 연마하는 동안 1종 이상의 윈도우 피스의 아랫면에 진공을 적용하는 단계, 1종 이상의 윈도우 피스가 개방 주형 상에 위치되는 개방 주형에 접착제 또는 양면 테이프를 적용하는 단계, 및 상기 개방 주형에, 개방 주형의 주변 표면으로부터 약간 오목하고 1종 이상의 윈도우 피스가 개방 주형 내 그 위치에 단단히 고정되도록 하는 크기인 평탄한 영역 또는 포켓을 제공하는 단계 중 어느 하나에 의해 개방 주형의 표면 상에 배치되어 고정된다.

13. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 또는 12 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 개방 주형은 얻어진 겔 연마층에 홈을 발생하고 그 형상이 1종 이상의 윈도우 피스 주위에 임의의 배제 영역을 발생하지 않는 암컷 형상을 가진다.

14. 상기 항목 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 또는 13 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 여기서 상기 윈도우 피스 중 하나 이상은 윈도우 피스와 동일한 외부 치수를 가지고 그리고 성형 및 경화하는 동안에 윈도우 피스의 아랫면에 평평하게 놓이는 윈도우 스페이서, 바람직하게는, 폴리테트라플루오로에틸렌으로 제작된 것과 같은, 방출가능 윈도우 스페이서 상에 위치된다.

15. 상기 항목 1 내지 14 중 어느 하나에서와 같은 본 발명의 방법에 따르면, 상기 방법은 상기 1종 이상의 윈도우 피스의 표면을 노출시키도록 상기 CMP 연마 층을 윈도우의 배면측에 대향하거나 또는 선반하는 단계를 더 포함한다.

16. 본 발명의 또 다른 측면에서, 상기 항목 8 내지 15 중 어느 하나의 방법에 의해 제조된 CMP 연마층을 사용하는 방법은 압반, 광원 및 광센서를 갖는 화학 기계적 폴리싱 장치를 제공하는 단계; 적어도 1종의 기판을 제공하는 단계; 화학 기계적 (CMP) 연마층을 제공하는 단계; 상기 CMP 연마층 표면이 상기 기판에 노출되게 상기 압반 상에 상기 CMP 연마층을 설치하는 단계; 선택적으로, 상기 CMP 연마층 표면과 기판 사이 계면에 연마 매체, 예컨대 수성 금속 또는 반산화금속 슬러리를 제공하는 단계; 상기 CMP 연마층 표면과 기판 사이 동적 접촉을 형성하는 단계로, 여기서 적어도 일부 물질이 기판으로부터 제거되는 단계; 및, 종점 검출 윈도우를 통해 광원으로부터의 광을 전송하고 광센서에 의해 입사하는 종점 검출 윈도우를 통해 뒤의 기판 표면에서 반사된 광을 분석함에 의해 연마 종점을 결정하는 단계를 포함한다.

본 명세서의 목적상, 제형은 달리 구체적으로 언급되지 않으면, wt.%로 표시된다.

달리 나타내지 않는 한, 온도 및 압력의 조건은 주위 온도 및 표준 압력이다. 인용된 모든 범위는 포괄적이고 조합가능하다.

달리 나타내지 않는 한, 괄호를 포함하는 임의의 용어는 대안적으로 전체 용어에 마치 괄호가 존재하지 않는 것과 이들이 없는 용어, 및 각각의 대안의 조합을 지칭한다. 따라서, 용어 "(폴리)이소시아네이트"는 이소시아네이트, 폴리이소시아네이트 또는 이들의 혼합물을 지칭한다.

모든 범위는 포괄적이고 조합가능하다. 예를 들면, 용어 "50 내지 3000 cPs, 또는 100 이상 cPs의 범위"는 각각의 50 내지 100 cPs, 50 내지 3000 cPs 및 100 내지 3000 cPs을 포함한다.

달리 나타내지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 폴리머에서의 용어 "평균 분자량"은 표시된 것에 대해 겔 투과 크로마토그래피에 의해 결정된 결과, 또는 표시되지 않은 경우, 공지된 적절한 표준, 예컨대 폴리올에 대한 폴리(에틸렌 글리콜)을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, CMP 연마층의 최상부 또는 연마면에서의 용어 "배제 영역"은 종점 검출 윈도우을 둘러싸는 평탄한 영역을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "겔화 시간"은 30초보다 더 긴 겔화 시간에 대해, 타이머를 제로로 설정하면서 동시에 타이머 스위치를 켠 상태로, 30초 동안 1000 rpm으로 설정된 VM-2500 와류 실험실 혼합기 (캐나다 위니펙 소재의 StateMix Ltd.) 내에서 80℃에서 소정의 반응 혼합물을 혼합하고 그래서 타이머를 혼합의 말단에서 시작하여, 반응 혼합물을 즉시 알루미늄 컵에 붓고 65℃로 설정된 겔화 타이머 (Gardco Hot Pot™ 겔화 타이머, 플로리다주 폼파노 비치 소재의 Paul N. Gardner Company, Inc.)의 핫 포트 안에 상기 컵을 넣고, 상기 반응 혼합물을 20 RPM에서 와이어 교반기로 교반하고, 그리고 와이어 교반기가 샘플에서 움직임을 중단할 때 겔화 시간을 기록함에 의해 수득된 결과를 의미한다. 30초보다 짧은 겔화 시간에 대해서는, 와류 실험실 혼합기를 80℃ 및 1000 rpm으로 설정하고 그리고 반응 혼합물을 2초 동안 혼합한다; 타이머는 2초 혼합의 말단에서 시작하도록 설정되어, 그 다음 반응 혼합물을 알루미늄 컵에 붓고 상기와 같이 설정된 겔화 타이머의 핫 포트 안에 상기 컵을 넣고, 그리고 겔화 시간을 기록한다. 만일 소정의 반응 혼합물이 혼합의 2초 후에 부어지지 않는 경우 이것은 2초의 겔화 시간을 배정한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "ASTM"은 ASTM International, West Conshohocken, PA의 출판물을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "다각형"은 셋 (예를 들면 삼각형) 또는 그 초과의 면, 바람직하게는, 3 내지 12면을 갖는 2차원 경계 또는 형상을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "폴리이소시아네이트"는 2종 이상의 이소시아네이트기를 함유하는 임의의 이소시아네이트기 함유 분자를 의미하며, 디이소시아네이트를 포함한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "폴리우레탄"은 2작용성 또는 다작용성 이소시아네이트로부터의 중합 생성물, 예를 들면 폴리에테르우레아, 폴리이소시아누레이트, 폴리우레탄, 폴리우레아, 폴리우레탄우레아, 그것의 코폴리머 및 이들의 혼합물을 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "반응 혼합물"은 ASTM D2240-15 (2015)에 따라 측정된 바와 같이 CMP 연마 패드에서 폴리우레탄 반응 생성물의 경도를 낮추기 위해 임의의 비-반응성 첨가제, 예컨대 계면활성제 및 첨가제를 포함한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "쇼어 D 경도"는 ASTM D2240 (2015)에 의해 정의된 바와 같은 영구적 압입에 대한 내성을 지칭한다. 종점 검출 윈도우에 대해 보고된 데이터는 ASTM D2240 (2015)에 따라 결정되었다. 렉스 유형(Rex Type) D 게이지는 sharp cone point 35°압입기(일리노이스주 버팔로 그로브 소재의 Rex Gauge Company)를 사용한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 반응 혼합물에서의 용어 "화학양론"은 반응 혼합물에서 NCO 기를 유리하기 위한 (유리 OH + 유리 NH₂ 기)의 몰 당량의 비를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "SG" 또는 "비중"은 본 발명에 따른 연마 패드 또는 층의 직사각형 절단부의 중량/용적 비를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "고형물"은 본 발명의 폴리우레탄 반응 생성물 안에 잔존하는 임의의 물질을 지칭한다; 따라서, 고형물은 경화에 의해 휘발하지 않는 반응성 및 비-휘발성 첨가제를 포함한다. 고형물은 물 및 휘발성 용매를 배제한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "실질적으로 무수"는 소정의 조성물이 첨가된 물을 갖지 않고 그리고 조성물에 들어가는 물질이 첨가된 물을 갖지 않는 것을 의미한다. "실질적으로 무수"인 반응 혼합물은 원료 안에 50 내지 2000 ppm 또는, 바람직하게는, 50 내지 1000 ppm의 범위로 존재하는 물을 포함할 수 있거나, 또는 축합 반응에서 형성된 반응 물 또는 반응 혼합물이 사용되는 곳에서 주위 수분으로부터의 증기를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "점도"는 100㎛ 갭을 갖는 50mm 평행 판 형상에서 0.1 - 100 rad/sec의 진동 전단 속도 소거로 설정된, 유량계를 사용하여 측정된 바와 같은 소정의 온도에서 순수한 형태 (100%)인 소정의 물질의 점도를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 달리 나타내지 않는 한, 용어 "wt.% NCO"는 소정의 이소시아네이트 또는 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체 조성물의 미반응된 또는 유리 이소시아네이트기를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "wt.%"는 중량 퍼센트를 나타낸다.

도 1은 본 발명의 방법에 따라 제조된 CMP 연마 패드의 사시도를 도시한다.

본 발명은 2성분 반응 혼합물로부터 다공성 폴리우레탄 CMP 연마층 또는 패드를 함유하는 종점 검출 윈도우를 제조하는 간단한 분무 도포 방법을 가능하게 한다. 개방 주형 상에 CMP 연마층을 제조하는 분무 도포 방법은 짧은 겔화 시간을 갖는 것과 같은, 조성물을 형성하는 폴리우레탄의 넓은 제형 윈도우를 개방한다. 짧은 겔화 시간은 경화가 적고 그리고 경화가 윈도우 또는 패드에 손상을 줄 가능성이 적음을 의미한다. 그리고 상기 방법은 종점 검출 윈도우가 이것이 주조될 때 패드에 포매되도록 할 수 있어, 연마층 물질과 강한 결합을 형성할 수 있게 한다. 또한, 윈도우 피스가 아닌 연마층 물질을 경화시키는 것은 윈도우 피스 주변에 경화되는 물질과 더 나은 결합을 계속 가능하게 한다. 전반적으로, 본 발명의 방법은 누출 없는 종점 검출 윈도우의 제조를 가능하게 하고, CMP 연마 패드의 표면에서 윈도우가 뒤틀림, 팽창 또는 터지는 것을 방지한다.

본 발명의 방법은 임의의 배치구성에서 종점 검출 윈도우를 갖는 CMP 연마층 또는 패드의 형성을 가능하게 한다. 본 발명은 예를 들면 바로 최대 윈도우 모서리, 즉 윈도우 배제 영역이 없이 연장하는 연마 표면에 홈을 갖는 CMP 연마층을 제조하는 간단한 방법을 제공한다. 또한, 본 발명의 방법은 CMP 연마층이 상이한 형상, 크기, 두께, 윈도우 물질, 및 배제 영역의 존재 또는 부족을 포함하여 임의의 패드에서 맞춤형 및 가변성 배치구성의 많은 윈도우를 가질 수 있게 한다.

CMP 연마 패드를 제조하기 위한 본 발명의 방법에서 통합 윈도우 형성을 가능하게 하는 것은 연마 패드가 종점 검출을 갖는 더 많은 CMP 연마 시스템과 양립가능하게 할 수 있다. 본 발명의 방법은 CMP 패드 연마 표면과 윈도우 표면의 관계를 변화시키도록 조정될 수 있다. 또한, 윈도우 주변 배제 영역은 윈도우를 형성하기 위해 사용된 주형을 변경함에 의해 변화될 수 있다. 마스크 또는 블록은 연마 패드를 만들 때 윈도우의 배면측 상에 사용될 수 있다. 이것은 최상부 패드 또는 하부 패드 중 어느 하나에 대해 윈도우의 배면측 상에 패드 재료의 침착을 방지하여, 윈도우를 노출시키기 위해 배면측을 페이싱할 필요를 제거한다.

본 발명의 방법은 Real Time Profile Control™ 센서 (캘리포니아주 산타 클라라 소재의 Applied Materials)와 같은 에디 전류 센서를 포함하는 1종 이상의 종점 검출 윈도우를 갖는 CMP 연마층의 제공을 가능하게 한다.

바람직하게는, 1종 이상의 종점 검출 윈도우 피스는 주면 주형 표면으로부터 약간 오목하게 된 개방 주형의 평탄한 또는 오목한 부분 상에 배열되어, 얻어진 종점 검출 윈도우가 CMP 연마층 또는 패드로부터 약간 돌출한다. 그와 같은 약간의 팽창은 바람직하며, 그래서 종점 검출 윈도우는 사용시 평탄화될 것이고, 슬러리의 포켓은 사용시 윈도우 상에 형성되지 않을 것이다.

바람직하게는, 본 발명의 방법은 연마 도중에 슬러리 흐름이 향하는 오목한 배제 영역, 예컨대 윈도우 주변의 홈 및 CMP 연마층 표면의 오목한 영역 또는 랜드 영역과 동일평면 관계에 있는 윈도우를 갖는 1종 이상의 종점 검출 윈도우를 생성하기 위한 형상을 갖는 개방 주형을 제공하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 패드 컨디셔닝 도중에 또는 연마가 발생할 때까지 종점 검출 윈도우가 접촉되지 않도록, 본 발명의 방법은 배제 영역을 갖지 않고 CMP 연마층 표면의 랜드 영역으로부터 약간 오목한 윈도우를 갖는 1종 이상의 종점 검출 윈도우를 생성하기 위한 형상을 갖는 개방 주형을 제공하는 단계를 포함한다.

도 1에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 그것의 표면에 홈(1) 및 배제 영역(2)을 갖는 종점 검출 윈도우(3)를 갖는 CMP 연마 패드(4)의 제공을 가능하게 한다.

본 발명의 CMP 연마 패드는 더 높은 처리 및 보다 낮은 비용을 가능하게 하는 분무 도포 방법에 의해 형성된다. 다공성은 반응 혼합물을 분무함에 의해 패드 내에 도입된다.

본 발명의 반응 혼합물을 형성하기 위해 혼합하는 것은 내부 챔버 내부에서 고압 충돌 혼합함에 의해 또는 정적 혼합기 내부에서 저압 고정 혼합함에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 방법에서, 분무는 에어리스 스프레이 건 또는 요망된 오리피스 크기의 노즐이 구비된 디바이스 또는 노즐 및 공기 분사 캡이 구비된 고정식 혼합기 또는 2성분에 대한 유입구가 구비되고 다운스트림 노즐 또는 개구를 갖는 충돌 혼합기와 같은, 압력하에서 내부 챔버의 개방 말단으로부터, 그리고 좁은 오리피스 또는 노즐, 바람직하게는, 0.5 내지 2.0mm의 직경을 갖는 둥근 오리피스를 통해 반응 혼합물의 스트림을 방출하는 단계를 포함한다. 에어리스 또는 에어블라스트 분무에서, 화학적 또는 기계적 발포제를 포함하는 어떠한 공기 또는 가스 및 발포제도 반응 혼합물에 첨가되지 않는다.

에어블라스트 분무에서, 적합한 고정식 혼합기는 고정식 혼합기의 다운스트림 말단에 위치한 노즐 위에 공기 분사 캡을 포함한다. 적합한 노즐에는 노즐의 외부를 둘러싸는 분무 공기 유입구 또는 공기 분사 캡이 구비되어, 이로써 기류의 흐름이 노즐의 선단을 지나고 그 다음 반응 혼합물의 배출된 흐름을 따라 축방향으로 흐른다. 원자화는 여전히 고압 하에서 반응 혼합물을 좁은 오리피스를 통해 방출함에 의해 생성되어 유체 액적이 디바이스의 분무 선단으로부터 기판으로 이동하는 동안 주위 공기로부터 기공을 생성한다.

분무 방법은 혼합 챔버, 예컨대 그것의 다운스트림 말단에 노즐을 갖는 충돌 혼합기로부터 가스 가압된 반응 혼합물을 분무하는 것을 포함한다. 가스 가압된 혼합물은 겔 연마층 및 결과적으로 얻어지는 CMP 연마층에 다공성을 도입하기 위해 공기 또는 가스를 함입한다. 그와 같은 방법에서, 가스 가압된 반응 혼합물 내 가스 압력은 주위 압력 이상, 예컨대 7000 내지 28,000 kPa의 범위이다.

공기 분사 캡 분무에서, 반응 혼합물은 주위 압력에서 또는 약간 이상으로 분무된다. 따라서, 그와 같은 방법에서, 반응 혼합물은 CMP 연마층에 다공성을 도입하기 위해 미세요소 예컨대 중공 폴리머 마이크로구형체를 더 포함할 수 있다. 적합한 분무 디바이스는 로드아일랜드주 프로비던스 소재의 Nordson EFD로부터의 Nordson Air Cap™ 공기 분사 어셈블리가 구비된 Nordson 시리즈 160AA 일회용 고정식 혼합기이다.

에어리스 스프레이 건의 내부 챔버에서, 각각의 성분이 주입되는 압력은, 예를 들면 7500 내지 18,000 kPa (1100 내지 2600 psi) 범위이며 균질한 혼합을 보장하기에 충분히 높다. 압력의 상한은 설비의 한계에 의해 결정된다; 그러나, 이것은 바람직하게는 결과적인 CMP 연마 패드의 밀도가 가장 낮은 허용가능한 한도 이상으로 되도록 낮게 유지된다. 적합한 설비의 예는 요망된 직경의 오리피스를 갖는 스프레이 헤드가 구비된 고압 정량 펌프 또는 다른 Graco 에어리스 스프레이 건에 의해 공급되고, 그리고 본 발명의 CMP 연마 패드를 제조하기 위해 요망된 압력에서 분무 건에 2성분 반응 혼합물을 전달할 수 있는 펌프 또는 계량 디바이스에 연결된 Graco Probler™ P2 2성분 분무 건 (미네소타주 미니애폴리스 소재의 Graco)이다.

본 발명에 따른 가스 가압된 분무 디바이스, 에어블라스트 노즐 고정식 혼합기디바이스 또는 에어리스 스프레이 건으로 들어가는 각각의 액체 폴리올 성분 및 액체 이소시아네이트 성분에 대한 것인, 두 개의 리드는 계측기 또는 전달 시스템, 예컨대 한 쌍의 공압으로 유도된 양성 변위 피스톤 펌프를 포함할 수 있다. 이 설비의 예는 Posiratio™ Mini PRM 계측기 (일리노이스주 레이크 블러프 소재의 Liquid Control Corp)로 상업적으로 입수가능하다.

본 발명의 방법에 따르면, 개방 주형 상에 반응 혼합물의 스트림을 분무하는 것은 주형을 과도하게 분무하는 것을 포함할 수 있고, 그 다음 겔 연마층을 형성하기 위해 반응 혼합물을 초기에 경화시키고 주형으로부터 겔 연마층을 제거하고 그리고 CMP 연마층 또는 패드를 형성하기 위해 겔 연마층을 경화하는 것 및 그런 다음 CMP 연마 패드의 요망된 직경으로 이것의 주변을 펀칭 또는 절단하는 것이 따른다.

분무는 개방 주형의 표면에 평행한 평면에서 운동을 가능하게 하는 기계적 액추에이터, 예컨대, 예를 들면, 프로그래밍된 운동을 가능하게 하는 기계적 연결을 갖는 프로그래밍가능한 전자 액추에이터, 바람직하게는, XY 축 운동이 가능한 4축 아암 또는 XYZ 축 운동 및 회전 운동이 가능한 6축 아암을 갖는 로보트에 의해 원위치에 유지된 에어리스 스프레이 건 또는 다른 분무 디바이스를 통해 자동화될 수 있다.

본 발명의 개방 주형은 비-점착성 물질 또는 우레탄 방출 표면, 예컨대 폴리테트라플루오로에틸렌으로 제작되거나 이들로 라이닝된다. 바람직하게는, 주형은 암컷 형상을 형성하도록 기계 가공되어 결과적으로 얻어진 성형된 폴리우레탄 반응 생성물은 요구된 홈 배치구성을 가진다.

본 발명의 방법에 따르면, 각각의 액체 폴리올 성분 및 액체 이소시아네이트 성분은 반응 혼합물을 형성하기 위해 이것을 혼합하기 전에 30 내지 100℃의 온도 T1 및 T2로 각각 개별적으로 예비가열될 수 있다.

본 발명의 방법에 따르면, 온도 T1에서 액체 폴리올 성분과 온도 T2에서 액체 이소시아네이트 성분을 혼합함에 의해, 각각은 1 내지 1000 cPs 또는, 바람직하게는, 100 내지 500 cPs의 점도를 갖는다.

결과적인 CMP 연마 패드는 10 내지 80μm, 또는, 바람직하게는, 10 내지 40μm의 평균 기공 직경을 갖는다.

본 발명의 방법은 반도체, 광학 및 자성 기판 중 적어도 1종을 평탄화하기에 적합한 CMP 연마 패드를 제조하는 것을 가능하게 한다.

본 발명의 방법은 또한 적층된 CMP 연마 패드의 형성을 가능하게 하고 여기서 반응 혼합물은 그 안에 배열된 1종 이상의 윈도우 피스를 갖고 그리고 반응 혼합물은 서브패드를 형성하도록 화학 기계적 연마층의 기저 표면을 고형화하도록 허용하는 화학 기계적 연마층의 이미 형성된 기저 표면 상에 방출된다; 여기서 상기 서브패드는 화학 기계적 연마층과 일체로 되고 그리고 상기 서브패드는 화학 기계적 연마층의 것과 상이한 서브패드 다공성을 갖는다; 그리고, 여기서 상기 화학 기계적 연마층은 기판을 연마하기 위해 적응된 ≥ 10 vol.%의 다공성 및 연마 표면을 갖는다. 윈도우 피스는 상단 상에 CMP 연마층을 수용하기 위해 기저 표면보다 더 두꺼울 수 있다. 윈도우 피스는 이들이 연마층의 형성시 원위치에 유지되는 것과 동일한 방식으로 기저 표면의 형성시 원위치에 유지된다.

본 발명에 따른 적층된 패드를 제조하는 방법에 있어서, CMP 연마층의 기저 표면은 기저층 반응 혼합물을 형성하기 위해 2 성분 액체 폴리올 성분과 액체 이소시아네이트 성분을 혼합하고, 그 다음 개방 주형의 표면 상에 그 반응 혼합물을 방출하고, 기저 표면 또는 층을 형성하기 위해 주형 안에서 경화하고, 그 다음 본 발명의 반응 혼합물을 기저 표면 상으로 방출하고 그리고 상기 항목 1 및 4에서와 같이 경화함에 의해 형성될 수 있다. 모든 이러한 방출은 상기 항목 1 내지 15에서와 동일한 방식으로 수행되지만, 단, 반응 혼합물은 다르고 이들이 형성하는 층은 별개이다.

본 발명의 반응 혼합물은 용매를 포함하지 않고 첨가된 물을 포함하지 않지만, 단 최대 2000 ppm의 물은 기공 형성을 용이하게 하기 위해 액체 폴리올 성분에 첨가될 수 있다.

본 발명의 반응 혼합물은 매우 급속한 경화 조성물을 포함할 수 있고 여기서 이소시아네이트 성분 및 폴리올 성분은 2초 만큼 짧거나 또는 600초, 또는 바람직하게는 10 내지 300초 만큼 긴 겔화 시간에서 겔화될 수 있다. 폴리우레탄을 형성하기 위한 반응은 반응 혼합물이 두 성분을 배합한 후 정적 또는 충돌 혼합기에서 혼합될 수 있을 만큼 충분히 느려야 한다. 겔화 시간에 대한 유일한 제한은 반응 혼합물이 이것이 혼합되는 혼합 헤드를 막히지 않도록 하고 그리고 이를 주형 표면에 적용할 때 주형을 적절하게 채우기에 충분히 서서히 반응되어야한다는 것이다.

본 발명의 액체 이소시아네이트 성분은 임의의 디이소시아네이트, 트리이소시아네이트, 이소시아누레이트 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 액체 이소시아네이트 성분은 방향족 폴리이소시아네이트, 예컨대 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 (MDI); 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI); 나프탈렌 디이소시아네이트 (NDI); 파라페닐렌 디이소시아네이트 (PPDI); o-톨루이딘 디이소시아네이트 (TODI)로부터 선택된 방향족 디이소시아네이트; 변형된 디페닐메탄 디이소시아네이트, 예컨대 카보디이미드-변형된 디페닐메탄 디이소시아네이트, 알로파네이트-변형된 디페닐메탄 디이소시아네이트, 뷰렛-변형된 디페닐메탄 디이소시아네이트; 방향족 이소시아누레이트, 예컨대 MDI의 이소시아누레이트; 선형 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체, 예를 들면, MDI 또는 1종 이상의 이소시아네이트 증량제를 갖는 MDI 이량체의 선형 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체를 포함한다.

적합한 방향족 폴리이소시아네이트는 2,4-톨루엔 디이소시아네이트; 2,6-톨루엔 디이소시아네이트; 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트; 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트; 톨루이딘 디이소시아네이트; 파라-페닐렌 디이소시아네이트; 크실릴렌 디이소시아네이트; 및, 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택될 수 있다.

적합한 이소시아네이트 증량제는 에틸렌 글리콜; 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올; 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 트리프로필렌 글리콜, 및 이들의 혼합물이다.

본 발명의 액체 이소시아네이트 성분은 방향족 이소시아네이트 성분의 총 고형물 중량을 기준으로 10 내지 40 wt.%, 또는, 바람직하게는, 15 내지 35 wt.%의 아주 높은 미반응된 이소시아네이트 (NCO) 농도를 가질 수 있다.

적합한 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체는 0.1 wt% 미만의 유리 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI) 모노머 함량을 갖는 낮은 유리 이소시아네이트 종료된 우레탄 예비중합체이다.

본 발명의 액체 폴리올 성분은 말단 하이드록실기를 갖는 임의의 1종 이상의 디올 또는 폴리에테르 폴리올, 예컨대 디올, 폴리올, 폴리올 디올, 그것의 코폴리머 및 이들의 혼합물일 수 있다. 바람직하게는, 1종 이상의 폴리올은 폴리에테르 폴리올 (예를 들면, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜 및 이들의 혼합물); 폴리카보네이트 폴리올; 폴리에스테르 폴리올; 폴리카프로락톤 폴리올; 이들의 혼합물; 및, 에틸렌 글리콜; 1,2-프로필렌 글리콜; 1,3-프로필렌 글리콜; 1,2-부탄디올; 1,3-부탄디올; 2-메틸-1,3-프로판디올; 1,4-부탄디올; 네오펜틸 글리콜; 1,5-펜탄디올; 3-메틸-1,5-펜탄디올; 1,6-헥산디올; 디에틸렌 글리콜; 디프로필렌 글리콜; 및, 트리프로필렌 글리콜로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 저분자량 폴리올과 이들의 혼합물로부터 선택된다.

더 바람직하게는, 본 발명의 액체 폴리올 성분의 1종 이상의 폴리올은 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜 (PTMEG); 에스테르 함유 폴리올 (예컨대 에틸렌 아디페이트, 부틸렌 아디페이트); 폴리프로필렌 에테르 글리콜 (PPG); 폴리카프로락톤 폴리올; 그것의 코폴리머; 및, 이들의 혼합물로부터 선택된다.

적합한 폴리올은 2,500 내지 100,000의 수 평균 분자량, M_N을 갖는 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 사용된 고분자량 폴리올은 5,000 내지 50,000, 또는, 더 바람직하게는 7,500 내지 25,000; 가장 바람직하게는 10,000 내지 12,000의 수 평균 분자량, M_N을 갖는다). 그와 같은 고분자량 폴리올은 바람직하게는 분자당 평균 3 내지 10개의 하이드록실기를 갖는다.

본 발명의 경화제는 폴리아민, 또는, 바람직하게는, 방향족 폴리아민, 예컨대 방향족 디아민 및 방향족 폴리아민이다. 경화제는 2 성분 반응 혼합물의 혼합을 가능하도록 충분히 느려야 한다. 경화제는, 방향족 이소시아네이트 성분 및 폴리올 성분과 조합될 때, 반드시 적어도 2초, 또는, 바람직하게는, 적어도 3-5초의 겔화를 야기하여야 한다 (그래서 반응성 혼합물 조합은 더 이상 흐르지 않는다). 따라서, 본 발명의 경화제는 고형물로서 N,N-1차 알킬아릴 디아민을 10 wt.%보다 많이 포함하지 않지만, N,N-2차 또는 3차 알킬 디아민을 포함할 수 있다.

더 바람직하게는, 본 발명의 경화제는 디메틸티오톨루엔디아민; 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄; 톨루엔디아민, 예컨대 디에틸톨루엔디아민, 5-tert-부틸-2,4-톨루엔디아민, 3-tert-부틸-2,6-톨루엔디아민, 5-tert-아밀-2,4-톨루엔디아민, 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민, 5-tert-아밀-2,4-클로로톨루엔디아민, 및 3-tert-아밀-2,6-클로로톨루엔디아민; 메틸렌 디아닐린, 예컨대 4,4'-메틸렌-비스-아닐린; 이소포론 디아민; 1,2-디아미노사이클로헥산; 비스(4-아미노사이클로헥실)메탄, 4,4'-디아미노디페닐 설폰; m-페닐렌디아민; 자일렌 디아민; 1,3-비스(아미노메틸 사이클로헥산); 및 이들의 혼합물로 구성된 군으로부터 선택된 1종 이상의 방향족 폴리아민을 포함하고, 바람직하게는, 디메틸티오톨루엔디아민 (DMTDA)이다.

본 발명의 경화제는 반응 혼합물의 총 고형물 중량을 기준으로 5 내지 20 wt.%, 또는, 바람직하게는, 10 내지 20 wt.%, 또는 더 바람직하게는 13-17 wt.%를 포함할 수 있다.

디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트와 폴리올 성분의 반응성을 증가하기 위해, 촉매가 사용될 수 있다. 그러나, 본 발명에 따른 반응 혼합물은 임의의 첨가된 촉매를 포함하지 않을 수 있다. 적합한 촉매는 당해 분야의 숙련가에게 공지된 임의의 촉매, 예를 들면, 올레산, 아젤라산, 디부틸주석딜라우레이트, 주석 옥토에이트, 비스무트 옥토에이트, 1,8-디아자바이사이클로[5.4.0]운덱-7-엔 (DBU), 　3차 아민 촉매, 예컨대 Dabco™ TMR 촉매, 트리에틸렌디아민, 예컨대 DABCO™ 33 LV, 및 상기의 혼합물을 포함한다.

일반적으로, 반응 혼합물 내 아민 (NH₂) 기의 총 몰 및 하이드록실 (OH) 기의 총 몰의 합 대 반응 혼합물 내 미반응된 이소시아네이트 (NCO) 기의 총 몰의 화학양론적 비는 0.8:1.0 내지 1.1:1.0, 또는, 바람직하게는, 0.90:1 내지 1.05:1.0의 범위이다.

바람직하게는, 액체 폴리올 성분은 반응 혼합물 내의 기공의 성장을 용이하게 하기 위해 비이온성 계면활성제, 바람직하게는, 오르가노폴리실록산-코-폴리에테르 계면활성제의 반응 혼합물의 총 고형물 중량을 기준으로 0.1 내지 1.0 wt.% 또는, 바람직하게는, 0.2 내지 0.8 wt.%의 충분한 양을 함유한다.

결과적인 CMP 연마 패드의 비중은 1.17 아래 내지 0.5, 바람직하게는, 0.7 내지 1.0의 범위이다. 다공성을 증가함에 따라, CMP 연마 패드의 벌크 특성이 감소하고, 제거율 (RR)은 증가하지만 평탄화 효율 (PE)은 저하된다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 화학 기계적 연마 패드는 단지 폴리우레탄 반응 생성물의 연마층 또는 서브패드 또는 서브층 상에 적층된 연마층을 포함할 수 있다. 연마 패드 또는 적층된 패드의 경우, 본 발명의 연마 패드의 연마층은 다공성 및 비다공성 또는 미충전된 배치구성 모두에서 유용하다.

바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 패드에 사용된 연마층은 500 내지 3750 마이크론 (20 내지 150 mils), 또는, 더 바람직하게는, 750 내지 3150 마이크론 (30 내지 125 mils), 또는, 더욱 더 바람직하게는, 1000 내지 3000 마이크론 (40 내지 120 mils), 또는, 가장 바람직하게는, 1250 내지 2500 마이크론 (50 내지 100 mils)의 평균 두께를 가진다.

본 발명의 화학 기계적 연마 패드는 선택적으로 연마층과 접속된 적어도 1종의 추가 층을 더 포함한다. 바람직하게는, 화학 기계적 연마 패드는 선택적으로 연마층에 부착된 압축성 서브 패드 또는 기저층을 더 포함한다. 압축성 기저층은 바람직하게는 연마되어 지는 기판의 표면에 연마층의 일치를 개선한다.

본 발명의 화학 기계적 연마 패드의 연마층은 기판을 연마하기 위해 적응된 연마 표면을 갖는다. 바람직하게는, 연마 표면은 천공 및 홈 중 적어도 하나로부터 선택된 매크로텍스쳐를 갖는다. 천공은 연마층의 두께를 통해 부분적으로 또는 전체적으로 연마 표면으로부터 신장될 수 있다.

바람직하게는, 홈은 연마 도중에 화학 기계적 연마 패드의 회전에 의해, 적어도 하나의 홈이 연마되는 기판의 표면 위로 쓸려지도록 연마 표면 상에 홈이 배열된다.

바람직하게는, 본 발명의 화학 기계적 연마 패드의 연마층은 기판을 연마하기 위해 적응된 연마 표면을 가지고, 여기서 상기 연마 표면은 그 안에 형성되고 그리고 만곡된 홈, 선형 홈, 천공 및 이들의 조합으로부터 선택된 홈 패턴을 포함하는 매크로텍스쳐를 가진다. 바람직하게는, 상기 홈 패턴은 복수의 홈을 포함한다. 더 바람직하게는, 상기 홈 패턴은 홈 디자인, 예컨대 (원형 또는 나선형일 수 있는) 동심성 홈, 만곡된 홈, 그물코 형상 홈 (예를 들면, 패드 표면을 가로지르는 X-Y 그리드로 배열됨), 다른 규칙적 디자인 (예를 들면, 육각형, 삼각형), 타이어 트레드 유형 패턴, 불규칙한 디자인 (예를 들면, 프랙탈 패턴), 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된 것으로부터 선택된다. 더 바람직하게는, 홈 디자인은 랜덤 홈, 동심성 홈, 나선형 홈, 그물코 형상화된 홈, X-Y 그리드 홈, 육각형 홈, 삼각형 홈, 프랙탈 홈 및 이들의 조합으로 구성된 군으로부터 선택된다. 가장 바람직하게는, 연마 표면은 그 안에 형성된 나선형 홈 패턴을 갖는다. 홈 프로파일은 바람직하게는 직선 측벽을 갖는 직사각형으로부터 선택되거나 또는 홈 단면은 "V" 형상화, "U" 형상화될 수 있거나, 톱니, 및 이들의 조합일 수 있다.

본 발명에 따른 연마 패드를 제조하는 방법에 따르면, 화학 기계적 연마 패드는 슬러리 유동을 증진하고 그리고 패드-웨이퍼 계면으로부터 연마 잔해를 제거하기 위해 그것의 연마 표면에 매크로텍스쳐 또는 홈 패턴으로 성형될 수 있다. 이러한 홈은 주형 표면의 형상, 즉 개방 주형이 매크로텍스쳐의 암컷 형상적 버전을 갖는 곳으로부터 연마 패드의 연마 표면에 형성될 수 있다.

본 발명의 화학 기계적 연마 패드는 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 중 적어도 1종으로부터 선택된 기판을 연마하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들면, 본 발명의 CMP 연마 패드는 층간 유전체 (ILD) 및 무기 옥사이드 연마에 유효하다. 명세서의 목적상, 제거율은 Å/min으로 표시된 제거율을 지칭한다.

바람직하게는, 본 발명의 기판을 연마하는 방법은 하기를 포함한다: 자성 기판, 광학 기판 및 반도체 기판 (바람직하게는 반도체 기판, 예컨대 반도체 웨이퍼) 중 적어도 1종으로부터 선택된 기판을 제공하는 단계; 본 발명에 따른 화학 기계적 연마 패드를 제공하는 단계; 기판의 표면을 연마하기 위해 기판과 연마층의 연마 표면 사이의 동적 접촉을 생성하는 단계; 및, 연마제 컨디셔너로 연마 표면을 컨디셔닝하는 단계.

연마 패드를 컨디셔닝하는 것은 연마가 정지("현장외")될 때 또는 CMP 공정이 진행되는 동안 ("현장내") CMP 공정의 간헐적 중단 도중에 컨디셔닝 디스크를 연마 표면과 접촉시키는 것을 포함한다. 상기 컨디셔닝 디스크는 패드 표면으로 현미경적 고랑을 잘라내어, 패드 재료를 마멸 및 플라우잉하고 연마 텍스처를 갱신하는, 매립된 다이아몬드 포인트로 전형적으로 구성된 거친 컨디셔닝 표면을 가진다. 전형적으로 컨디셔닝 디스크는 연마 패드의 회전축에 대해 고정된 위치에서 회전되고, 그리고 연마 패드가 회전할 때 환상 컨디셔닝 영역을 청소한다.

실시예 : 본 발명은 이제 하기 비-제한적인 실시예에서 상세히 기재될 것이다:

하기 실시예에서, 달리 언급되지 않는 한, 모든 단위의 압력은 표준 압력 (~101 kPa)이고 모든 단위의 온도는 실온(21-23℃)이다.

하기 개시된 다른 원료에도 불구하고, 하기 원료가 실시예에서 사용되었다:

Ethacure™ 300 경화제: 디메틸티오톨루엔디아민 (DMTDA), 방향족 디아민 (노스캐롤라이나주 샬럿 소재의 Albemarle).

Voranol™ V5055HH 폴리올: 다작용성 폴리에테르 폴리올(OH Eq. wt 2000), 12,000의 수 평균 분자량, M_N을 갖는 작용기 = 6을 갖는 고분자량 에틸렌 옥사이드 캡핑된 프로필렌 옥사이드 폴리올(미시간주 미들랜드 소재의 The Dow Chemical Company (Dow)).

MDI 예비중합체: ~23 wt.% NCO 함량 및 182의 당량을 갖는, MDI 및 소분자 디프로필렌 글리콜 (DPG) 및 트리프로필렌 글리콜 (TPG)로부터의 선형 이소시아네이트-종료된 우레탄 예비중합체. 이 MDI 예비중합체의 100 wt.%는 경질 세그먼트로 처리된다.

Niax™ L5345 계면활성제: 비-이온성 유기규소 계면활성제(오하이오주의 콜럼버스 소재의 Momentive).

디아조바이사이클로노난 (트리에틸렌 디아민)으로부터 제조된 DABCO 33 LV 아민 촉매 (펜실베이니아주 앨런타운 소재의 Air Products)인, DABCO 33 LV는 33 wt.% 트리에틸렌 디아민과 67 wt.% 디프로필렌 글리콜의 블렌드이다.

Unilink™ 4200 경화제: N,N'-디알킬아미노-디페닐메탄 (텍사스주 스태퍼드 소재의 Dorf Ketal)

PTMEG####: 폴리(THF) 또는 폴리테트라메틸렌 글리콜은, 테트라하이드로푸란 (THF)의 고리-개방 중합을 통해 만들어 지고, 그리고 PolyTHF™ 폴리올 (독일 레버쿠젠 소재의 BASF)로 시판되고 있다. PTMEG에 이어지는 번호(####)는 제조자에 의해 보고된 평균 분자량이다.

실시예에는 하기 약어가 나타난다:

PO: 프로필렌 옥사이드/글리콜; EO: 에틸렌 옥사이드/글리콜; MDI: 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트 TDI: 톨루엔 디이소시아네이트(~80% 2,4 이성질체, ~20% 2,6 이성질체); DEG: 디에틸렌 글리콜; DPG: 디프로필렌 글리콜; pbw: 중량부.

2-성분 공기 분무 시스템: (P) 측 액체 공급물 포트, (I) 측 액체 공급물 포트 및 4개의 접선 가압된 가스 공급물 포트를 갖는 축상의 혼합 장치(MicroLine 45 CSM, 독일 장트 아우구스틴 소재의 Hennecke GmbH). 폴리 측 (P) 액체 성분 및 이소 측 (I) 액체 성분은 16,500 - 18,500 kPa의 (P) 측 충전 압력, 15,500 - 17,500 kPa의 (I) 측 충전 압력으로 그것의 각각의 공급 포드를 통해 축상의 혼합 장치에 공급되었다. (I)/(P)의 유동비는 각각의 실시예에서 정의된다. 가압된 가스는 830 kPa의 공급 압력으로 접선 가압된 가스 공급물 포트를 통해 공급되어 축상의 혼합 장치를 통해 3.7:1의 가스 질량 유량 비로 조합된 액체 성분을 제공하여 조합을 형성하였다. 조합은 축상의 혼합 장치로부터 주형을 향해 방출되어 주형 기저부 상에 케이크를 형성하였다.

하기 실시예에서, 통합 윈도우 CMP 연마 패드는 충돌 혼합기로 유도하는 라인 및 펌프가 구비된 탱크로부터 각각의 성분을 갖는 폴리우레탄 형성 반응 혼합물의 2 성분을 개별적으로 수용하기 위한 충돌 혼합기가 구비된 공기 보조 분무 디바이스를 사용하여 생성되었다. 분무 설정은 하기 단락에 상세하게 설명된다. 반응 혼합물을 폭 80mm 분무 팬으로 X-Y 패턴으로 분무되었다. 연마 패드를 분사하기 위한 총 분무 시간은 135초였다.

반응 혼합물을 형성하기 위해 사용된 충돌 혼합기는 2 탱크로부터 혼합되었다. 제1 탱크 (탱크 1)는 48.9℃(120℉)에서 15.14 L/s (4 g/s)의 유량으로 펌핑된 액체 폴리올 성분을 함유했다. 탱크 1은: Ethacure™ 300 경화제 (18.816 pbw); PTMEG 650 (49.434pbw); Niax™ L5345 (1.295 pbw) 계면활성제; 및 DABCO 33 LV (0.455 pbw) 촉매를 함유했다. 탱크 2는 48.9℃ (120℉)에서 13.25 L/s (3.5 g/s)의 유량으로 펌핑된 액체 MDI 예비중합체 성분을 함유했다.

주형 표면은 폴리테트라플루오르에틸렌 (PTFE) 시트 6.35mm (0.25") 두께였다; 개방 주형은 0.51mm 폭 × 0.76mm 깊이 × 1.78mm 피치 환상 동심성 홈 및 32 0.76mm 폭 × 0.76mm 깊이 홈의 반경의 K7 + R32 홈 패턴을 갖는 연마 패드를 생성하도록 적응된 암컷 표면을 가지고 주형은 19.1mm × 57.2mm × 4.6mm (0.75" × 2.25" × 0.18") 폴리테트라플루오르에틸렌 윈도우 스페이서를 가진다. 달리 나타내지 않는 한, 결과적인 윈도우는 연마 패드와 동일한 두께를 가졌다.

사용된 윈도우 물질은 하기 표 A-1에 표시된 바와 같았다. 하기 실시예에서, 윈도우 피스는 하기 표 A-1에서 표시된 제형으로부터 제형화되고, 그리고 그 다음 5분 동안 1016 밀리바의 진공에서 제형을 탈가스함에 의해 소정의 형상 및 크기로 주조되고 그리고 50℃에서 5시간 동안, 그리고 그 다음 110℃에서 19시간 동안 경화되고, 그 다음 이들을 요망된 두께로 절단된다. 윈도우 피스는 190.5mm (주형의 중심으로부터 7.5")에 위치되었고 그리고 윈도우 포켓 내에 존재하였다. 폴리우레탄 형성 2-성분 물질이 분무되었을 때, 윈도우는 패드 매트릭스에 결합되어 경화하는 동안 원위치에 유지되었다. 나중에, 패드는 윈도우의 뒤 표면을 노출하도록 원형 선반 절삭 공구를 사용하는 선반에 대면되었다.

표 A-1: 윈도우 제형

실시예 1: CMP 연마 패드는 6mm (0.24") 반경 및 2mm (0.08")의 두께를 갖는 각각의 윈도우로, 1개의 경질 제형 및 1개의 연질 제형인, 상기 표 A-1에 표시된 바와 같은, 2개의 둥근 윈도우 물질로 제조되었다. 경질 및 연질 윈도우 각각은 폴리테트라플루오로에틸렌 코팅된 기저 주형에 부착되었고 39의 쇼어 D 경도 및 0.67의 비중을 갖는 다공성 폴리우레탄이 윈도우 두께와 동등한 높이로 2-성분 반응 혼합물로부터 주조되었다.

실시예 1-1에서, CMP 연마 패드는 제형 3의 경질 윈도우 인서트 및 2mm (0.08") 두께로 분무 공정을 갖는 다공성 폴리우레탄 패드를 포함했다. 실시예 1-2에서, CMP 연마 패드는 실시예 1-1과 동일한 폴리우레탄 제형 및 두께를 포함했지만, 제형 1의 연질 윈도우 인서트를 포함했다.

실시예 1-B에서 비교는 15의 쇼어 D 경도 및 0.8의 비중을 갖는 다공성 폴리우레탄 제형으로 제조된 상업적으로 입수가능한 K2010H™ 패드 및 제형 1의 윈도우를 사용하였다; 그러나, 폴리우레탄은 대략 101.6mm (4")의 높이로 914.4mm (36") 주형에 부어져서, 이것은 그런 다음 960분의 기간 동안 180℃에서 경화되고 대략 2mm (0.08" 두께 패드)로 스카이빙되었다. 결과적인 패드는 홈 가공되지 않았다.

윈도우 곡률:은 Mitutoyo™ 542-222 선형 두께 게이지 (일리노이스주 버팔로 그로브 소재의 Rex Gauge) 디지털 두께 게이지 및 Mitutoyo™ 542-075A 디지털 디스플레이 (Rex Gauge)를 이용한 3점 측정 시스템을 사용하여 결정되었다. 통합 윈도우를 갖는 연마 패드 샘플이 평탄한 테이블 표면 상에 위치되었다. 각각의 윈도우는 3 위치에서 연마 표면인, 상부 상에서 측정되었다: 윈도우의 중심점 및 윈도우의 모서리와 직경의 교차점. 곡률은 외부 모서리 점을 평균하고 중심점에서 그것을 차감함에 의해 계산되어 윈도우의 일반적인 곡률을 결정하였다. 양수 값은 팽창 또는 볼록한 윈도우 형상을 나타내는 반면 음수 값은 요부 또는 오목한 형상을 나타낸다. 결과는 하기 표 1에 도시되어 있다.

윈도우 곡률
	실시예 1-B*	실시예 1-1	실시예 1-2	실시예 1-3
제형	1	3	1	2
윈도우의 #	6	2	2	2
곡률, (μm)	153.2	11.4	19.1	7.6

* - 비교 실시예를 나타냄.

실시예 2: 시험은 다공성 폴리우레탄 패드 재료가 57의 쇼어 D 경도 및 0.8의 비중을 갖는 더욱 경질인 패드 제형으로 바뀐 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방식으로 수행되었다. 윈도우 곡률 측정은 아래 표 2에서 발견될 수 있다.

실시예 2-A에서 비교는 60의 쇼어 D 경도 및 0.8의 비중을 갖는 상업적으로 입수가능한 IK4250H™ 다공성 폴리우레탄 제형 및 제형 3의 윈도우를 사용하였으나, 폴리우레탄은 대략 101.6mm (4")의 높이로 914.4mm (36") 주형에 부어져서, 이것은 그런 다음 960분의 기간 동안 180℃에서 경화되고 대략 2mm (0.08" 두께 패드)로 스카이빙되었다. 결과적인 패드는 홈 가공되지 않았다.

윈도우 곡률
	실시예 2-A*	실시예 2-1	실시예 2-2
제형	3	3	1
윈도우의 #	9	2	2
곡률, (μm)	-20.9	19.0	11.43

* - 비교 실시예를 나타냄.

상기 표 1 및 2에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 방법은 패드 매트릭스 물질의 경도에 무관하게 극적으로 더 평탄하거나 또는 더 수평의 윈도우 피스를 갖는 CMP 연마 패드를 제조할 수 있게 한다. 또한, 본 발명의 방법에서, 경질 및 연질 패드 재료 모두는 뒤틀림 또는 팽창 없이 경질 및 연질 윈도우를 수용할 수 있다.

Claims (11)

1. 화학 기계적 평탄화 (CMP) 연마층 또는 패드를 제조하는 방법으로서,
   평탄한 또는 형상화된 CMP 연마층 표면을 생성하는 암컷(female) 형상인 표면을 가지고 그 위에 1종 이상의 윈도우 피스를 원위치에 유지하는 개방 주형을 제공하는 단계;
   용매 무함유 반응 혼합물을 형성하기 위해 액체 이소시아네이트 성분을 액체 폴리올 성분과 혼합하는 단계;
   상기 1종 이상의 윈도우 피스를 사전규정된 위치에 각각의 윈도우 피스로, 원위치에 유지하면서 상기 개방 주형 상에 상기 반응 혼합물을 분무하는 단계, 이후;
   상기 반응 혼합물로부터 겔 연마층을 형성하도록 상기 반응 혼합물을 경화하는 단계, 탈형하는 단계 및 폴리우레탄 반응 생성물을 CMP 연마층으로 형성하기 위해 상기 겔 연마층을 경화하는 단계를 포함하는, 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 상기 개방 주형 표면으로부터 떨어진 배면측 상에 마스킹되거나 또는 블록킹화되고, 이로써 상기 윈도우 피스의 상기 마스킹된 또는 블록킹화된 면 상에 상기 반응 혼합물의 증강을 방지하고, 그리고 상기 윈도우 피스의 표면을 노출하도록 배면측을 면(facing)하게 할 필요를 배제하는, 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 반응 혼합물은 80℃에서 2 내지 600초의 겔화 시간을 가지는, 방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 경화는:
   상기 겔 연마층을 형성하기 위해 주위 온도 내지 130℃에서 30초 내지 30분의 기간 동안 초기 경화하는 단계;
   상기 개방 주형 표면으로부터 상기 겔 연마층을 탈형하는 단계, 및 이후;
   마지막으로, 1종 이상의 종점 검출 윈도우를 가지고 0.5 gm/cc 내지 1 gm/cc의 범위인 밀도를 갖는 CMP 연마층으로서 다공성 폴리우레탄 반응 생성물을 형성하기 위해 1분 내지 16시간의 기간 동안 60 내지 130℃의 온도에서 경화하는 단계를 포함하는, 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 방향족, 지방족 또는 지환족 디이소시아네이트 또는 폴리이소시아네이트와 폴리올의 반응으로부터 형성된 것, 또는 이소시아네이트 종료된 우레탄 예비중합체로부터 형성된 것 또는 이소시아네이트 성분 및 폴리올 성분의 2-성분 반응 혼합물로부터 형성된 것으로부터 선택된 폴리우레탄을 포함하는, 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 (i) 상기 폴리올 성분 내 상기 폴리올 및 상기 이소시아네이트 성분 내 상기 이소시아네이트의 총 중량을 기준으로 2 wt.% 미만의 방향족 이소시아네이트 기를 함유하는 폴리올 성분과 이소시아네이트 성분의 생성물로부터 선택된 폴리우레탄을 포함하는, 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 윈도우 피스는 렉스 유형(Rex Type) D 게이지를 사용한 쇼어 D 경도가 15 내지 90의 범위인 경도를 가지는, 방법.
8. 제1항에 있어서, 상기 CMP 연마층은 15 내지 90의 범위인 쇼어 D 경도 렉스 유형(Rex Type) D 게이지를 가지는, 방법.
9. 제1항에 있어서, 각각의 상기 1종 이상의 윈도우 피스는 원형, 정사각형 또는 직사각형, 또는 다각형이고, 그리고 상기 개방 주형은 상기 각각의 1종 이상의 윈도우 피스와 동일한 외부 치수를 가지고 이를 수용하도록 적응된 평탄한 영역 또는 요부를 가지는, 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 1종 이상의 윈도우 피스는:
    겔 연마층을 형성하기 위해 분무 및 연마하는 동안 상기 1종 이상의 윈도우 피스의 아랫면에 진공을 적용하는 단계,
    상기 1종 이상의 윈도우 피스가 상기 개방 주형 상에 위치되는 상기 개방 주형에 접착제 또는 양면 테이프를 적용하는 단계, 및
    상기 개방 주형에, 상기 개방 주형의 주변 표면으로부터 약간 오목하고, 상기 1종 이상의 윈도우 피스가 상기 개방 주형 내 그 위치에 단단히 고정되도록 하는 크기인, 평탄한 영역 또는 포켓을 제공하는 단계
    중 어느 하나에 의해 상기 개방 주형의 표면 상에 배치되어 고정되는, 방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 반응 혼합물은 실질적으로 무수(water free)인, 방법.
    

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