KR20230169424A - 원하는 제타 전위를 가진 연마 제품을 형성하는 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 명세서에 설명된 구현들은 연마 프로세스들 및 세정 프로세스들에서 이용되는 연마 제품들을 제조하는 방법들 및 연마 제품들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 명세서에 개시된 구현들은 경사진 속성들을 가진 복합 연마 제품들에 관한 것이다. 일 구현에서, 연마 제품이 제공된다. 이 연마 제품은 제1 재료로 형성되고 제1 제타 전위를 가진 하나 이상의 노출된 제1 영역과 제2 재료로 형성되고 제2 제타 전위를 가진 하나 이상의 제2 노출된 영역을 포함하며, 상기 제1 제타 전위는 상기 제2 제타 전위와 상이하다.
Description
본 명세서에 설명된 구현들은 연마 프로세스들 및 세정 프로세스들에서 이용되는 연마 제품들을 제조하는 방법들 및 연마 제품들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 명세서에 개시된 구현들은 경사진 속성들을 가진 복합 연마 제품들에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(CMP)는 반도체 디바이스들의 제조 동안 기판들의 평탄화를 위해 흔하게 이용된다. CMP 프로세스 동안, 기판은 디바이스 표면을 회전하는 연마 패드에 대하여 위치시킨 채로 캐리어 헤드 상에 장착된다. 캐리어 헤드는 연마 패드에 대하여 디바이스 표면을 푸시하기 위해 기판 상에 제어가능한 로드를 제공한다. 연마재 입자들(예를 들어, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3) 또는 세리아(CeO2))을 갖는 슬러리와 같은 연마 액체가 전형적으로 연마 패드의 표면에 공급된다.
피쳐 크기가 감소함에 따라, CMP 프로세스들에 의한 전면 층들과 후면 층들 양쪽 모두의 평탄화는 더 중요해진다. 불행하게도, CMP 프로세스의 부산물들, 예를 들어, CMP 프로세스 동안 생성된 금속성 오염물질들 및 연마재 입자들이 기판의 표면의 손상시킬 수도 있다. 연마재 연마 슬러리들이 이용되는 경우, 이들 연마재 입자는 연마 슬러리 자체에서 비롯될 수 있다. 일부 경우들에서, 연마재 입자들은 연마 패드 자체에서 비롯될 수 있다. 추가로, 연마재 입자들은 연마 장비와 기판의 연마한 표면 재료들에서 비롯될 수 있다. 이들 입자는 연마 패드에 의해 생성된 기계적 압력 때문에 기판의 표면에 물리적으로 부착될 수 있다. 금속성 오염물질들은 연마된 금속 라인들, 슬러리들 내의 금속 이온들 및 연마 장비 자체에서 비롯된다. 이들 금속성 오염물질들은 기판의 표면에 임베드될 수 있고, 후속 세정 프로세스들을 이용하여 제거하기가 종종 어렵다. 현재 연마 패드 설계들과 연마 후 세정 프로세스들은 CMP 프로세스의 부산물들로 인해 결함들이 생기는 연마된 기판들을 종종 산출한다.
그러므로, 결함들이 감소된 개선된 연마 프로세스를 제공하는 연마 제품 및 개선된 연마 패드를 제조하기 위한 방법들이 요구되고 있다.
본 명세서에 설명된 구현들은 연마 프로세스들 및 세정 프로세스들에서 이용되는 연마 제품들을 제조하는 방법들 및 연마 제품들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 명세서에 개시된 구현들은 경사진 속성들을 가진 복합 연마 제품들에 관한 것이다. 일 구현에서, 연마 제품이 제공된다. 이 연마 제품은 제1 재료로 형성되고 제1 제타 전위를 가진 하나 이상의 노출된 제1 영역과 제2 재료로 형성되고 제2 제타 전위를 가진 하나 이상의 제2 노출된 영역을 포함하며, 상기 제1 제타 전위는 상기 제2 제타 전위와 상이하다.
다른 구현에서, 연마 제품이 제공된다. 이 연마 제품은 제1 그루빙된 표면(grooved surface), 상기 제1 그루빙된 표면 반대편의 제2 평평한 표면 및 변화하는 제타 전위를 갖는 상기 제1 그루빙된 표면을 향한 경사(gradient)를 가진 복합 연마 패드 바디를 포함한다.
또 다른 구현에서, 연마 제품을 형성하는 방법이 제공된다. 이 방법은 타겟 두께에 도달하도록 3D 프린터를 이용하여 복수의 복합 층을 퇴적시키는 단계를 포함하며, 상기 복수의 복합 층을 퇴적시키는 단계는 제1 제타 전위를 갖는 노출된 제1 영역을 가진 제1 재료를 퇴적시키는 단계와 제2 제타 전위를 갖는 노출된 제2 영역을 가진 제2 재료를 퇴적시키는 단계를 포함한다. 상기 복수의 복합 층은 상기 제1 재료를 포함하는 하나 이상의 제1 피쳐와 상기 제2 재료를 포함하는 하나 이상의 제2 피쳐를 가진 복합 패드 바디를 형성하기 위해 응고되며, 상기 하나 이상의 제1 피쳐와 상기 하나 이상의 제2 피쳐는 단일 바디(unitary body)를 형성한다.
또 다른 구현에서, 연마 제품을 형성하는 방법은 타겟 두께에 도달하도록 3D 프린터를 이용하여 복수의 복합 층을 퇴적시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 복수의 복합 층을 퇴적시키는 방법은 제1 제타 전위를 갖는 노출된 제1 영역을 가진 우레탄 아크릴레이트를 포함하는 제1 재료를 퇴적시키는 단계, 및 제2 제타 전위를 갖는 노출된 제2 영역을 가진 우레탄 아크릴레이트를 포함하는 제2 재료를 퇴적시키는 단계를 포함할 수 있다. 그 후 이 방법은 상기 제1 재료를 포함하는 하나 이상의 제1 피쳐와 상기 제2 재료를 포함하는 하나 이상의 제2 피쳐를 가진 복합 패드 바디를 형성하기 위해 상기 복수의 복합 층을 UV 경화시키는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 하나 이상의 제1 피쳐와 상기 하나 이상의 제2 피쳐는 단일 바디를 형성한다.
또 다른 구현에서, 연마 제품은 제1 그루빙된 표면, 상기 제1 그루빙된 표면 반대편의 제2 평평한 표면, 및 상기 제1 그루빙된 표면에서 상기 제2 평평한 표면으로 연장되는 재료 속성 경사를 가진 복합 연마 패드 바디를 포함할 수 있고, 상기 재료 속성 경사는 변화하는 제타 전위를 포함한다. 일부 경우들에서, 상기 재료 속성 경사의 제타 전위는 상기 제1 그루빙된 표면을 향하여 더 양전기가 될 수 있다. 다른 경우들에서, 상기 재료 속성 경사의 제타 전위는 상기 제1 그루빙된 표면을 향하여 더 음전기가 될 수 있다. 중성 용액을 사용하여 측정되는 상기 재료 속성 경사의 변화하는 제타 전위는 약 -70 mV 내지 약 +50 mV의 범위 내에서 달라질 수 있다.
위에서 언급된 본 개시내용의 특징들이 상세하게 이해될 수 있도록, 위에 간략하게 요약된 구현들의 더 구체적인 설명은 구현들을 참조할 수 있으며, 그들 중 일부는 첨부 도면들에 도시되어 있다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 구현들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 구현들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 명세서에 설명된 연마 패드 설계들로부터 이익을 얻을 수 있는 연마 스테이션의 개략적인 단면도이다;
도 2a는 본 개시내용의 일 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시도이다;
도 2b는 도 2a의 연마 패드의 일부의 개략적인 단면도이다;
도 2c는 도 2b의 연마 패드의 일부의 확대된 개략적인 단면도이다;
도 3a는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시도이다;
도 3b는 도 3a의 연마 패드의 일부의 개략적인 단면도이다;
도 3c는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 부분 상부도이다;
도 3d는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시 단면도이다;
도 3e는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 부분 단면도이다;
도 3f는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 부분 단면도이다;
도 3g 내지 도 3l은 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드 설계들의 상부도들이다;
도 4a는 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드들을 제조하기 위한 시스템의 개략도이다;
도 4b는 본 개시내용의 구현에 따른 도 4a에 예시된 연마 패드들을 제조하기 위한 시스템의 퇴적 섹션의 개략도이다;
도 4c는 본 개시내용의 구현에 따른 도 4b에 예시된 연마 패드의 영역의 표면 상에 배치된 분배된 액적의 확대된 클로즈업 개략도이다;
도 5a 내지 도 5f는 본 개시내용의 구현에 따른 도 4a의 시스템 내에 형성된 연마 바디의 하나 이상의 영역을 가로질러 변화하는 제타 전위의 표면들을 가진 연마 패드들의 예들을 제공한다;
도 6은 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 일부의 개략적인 측단면도이다;
도 7은 본 개시내용의 구현에 따른, 그 안에 형성된 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들 및 투명한 영역들을 가진 연마 패드의 개략적인 측단면도이다;
도 8은 본 개시내용의 구현에 따른, 지지 발포체 층 및 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시 단면도이다;
도 9는 본 개시내용의 구현에 따른, 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면 및 다수의 구역을 가진 연마 패드의 개략적인 단면도이다;
도 10은 본 개시내용의 구현에 따른, 도 9의 연마 패드의 부분 확대된 단면도이다;
도 11은 본 개시내용의 제제들를 이용하여 형성된 연마 제품들에 대한 pH에 관련하여 측정된 제타 전위를 묘사하는 플롯이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 구현의 요소들 및 특징들은 더 이상의 언급 없이도 다른 구현들에 유리하게 포함될 수 있을 것이 예상된다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 구현들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 예시적인 구현들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본 명세서에 설명된 연마 패드 설계들로부터 이익을 얻을 수 있는 연마 스테이션의 개략적인 단면도이다;
도 2a는 본 개시내용의 일 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시도이다;
도 2b는 도 2a의 연마 패드의 일부의 개략적인 단면도이다;
도 2c는 도 2b의 연마 패드의 일부의 확대된 개략적인 단면도이다;
도 3a는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시도이다;
도 3b는 도 3a의 연마 패드의 일부의 개략적인 단면도이다;
도 3c는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 부분 상부도이다;
도 3d는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시 단면도이다;
도 3e는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 부분 단면도이다;
도 3f는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 부분 단면도이다;
도 3g 내지 도 3l은 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드 설계들의 상부도들이다;
도 4a는 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드들을 제조하기 위한 시스템의 개략도이다;
도 4b는 본 개시내용의 구현에 따른 도 4a에 예시된 연마 패드들을 제조하기 위한 시스템의 퇴적 섹션의 개략도이다;
도 4c는 본 개시내용의 구현에 따른 도 4b에 예시된 연마 패드의 영역의 표면 상에 배치된 분배된 액적의 확대된 클로즈업 개략도이다;
도 5a 내지 도 5f는 본 개시내용의 구현에 따른 도 4a의 시스템 내에 형성된 연마 바디의 하나 이상의 영역을 가로질러 변화하는 제타 전위의 표면들을 가진 연마 패드들의 예들을 제공한다;
도 6은 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 일부의 개략적인 측단면도이다;
도 7은 본 개시내용의 구현에 따른, 그 안에 형성된 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들 및 투명한 영역들을 가진 연마 패드의 개략적인 측단면도이다;
도 8은 본 개시내용의 구현에 따른, 지지 발포체 층 및 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드의 개략적인 사시 단면도이다;
도 9는 본 개시내용의 구현에 따른, 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면 및 다수의 구역을 가진 연마 패드의 개략적인 단면도이다;
도 10은 본 개시내용의 구현에 따른, 도 9의 연마 패드의 부분 확대된 단면도이다;
도 11은 본 개시내용의 제제들를 이용하여 형성된 연마 제품들에 대한 pH에 관련하여 측정된 제타 전위를 묘사하는 플롯이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우에, 도면들에 공통인 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 구현의 요소들 및 특징들은 더 이상의 언급 없이도 다른 구현들에 유리하게 포함될 수 있을 것이 예상된다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 구현들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 예시적인 구현들만을 예시하며, 따라서 그것의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
본 명세서에 설명된 구현들은 연마 프로세스들 및 세정 프로세스들에서 이용되는 연마 제품들을 제조하는 방법들 및 연마 제품들에 관한 것이다. 더 상세하게는, 본 명세서에 개시된 구현들은 제타 전위와 같은 경사진 속성들을 가진 복합 연마 제품들에 관한 것이다. 제타 전위는 미끄러지는 평면에서의 액체의 표면에 대한 고체 표면의 동전기학적 전위이다. 고체 표면의 동전기학적 전위는 표면 관능가의 간접 척도를 제공한다. 고체 표면들 상에 양성자화된 기들의 추가 또는 공제는 표면 상에 전하를 생성한다. 고체와 액체 계면 사이의 정전기학은 계면 이중 층의 전하에 큰 영향을 미친다.
본 개시내용의 구현들은 연마 제품의 표면 전체에 걸쳐 변화하는 제타 전위의 영역들을 가진 연마 제품들을 형성하는 방법들 및 연마 제품들을 제공한다. 연마 제품의 변화하는 제타 전위의 영역들은 이용된 슬러리 조성물 시스템들 및 연마될 재료들에 기초하여 튜닝될 수 있다. 이 변화하는 제타 전위는 계면으로부터 연마 부산물 및 오염물질들을 제거하는 동안 연마 제품과 기판 사이의 계면에 활성 슬러리를 이송하도록 튜닝될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현에서, 연마 제품은 연마 제품의 연마 표면 근처(즉, 연마 제품과 액체 계면 사이에 계면)에서 더 양의 제타 전위와 연마 제품의 홈의 바닥 근처에서 더 음의 제타 전위를 가진다. 더 양의 제타 전위는 불필요한 양으로 대전된 이온들(예를 들어, 금속 이온들, 유전체 재료 이온들)을 액체 계면으로부터 축출하는 반면 더 음의 제타 전위는 홈의 바닥를 향하여 불필요한 양 이온들을 유인하고 홈에 수집된 이온들은 연마 제품으로부터 제거될 수 있다.
활성 슬러리가 음의 제타 전위(예를 들어, 천영 실리카, 예컨대 흄드 실리카)를 가진 연마재들을 함유하는 연마 시스템들에서, 연마재들은 연마 표면 근처에서의 더 양의 제타 전위로 유인되고 대응하여 홈의 바닥 근처에서의 음의 전위에 의해 축출될 수 있다. 활성 슬러리가 양의 제타 전위(예를 들어, 알루미나)를 가진 연마재들을 함유하는 일부 구현에서 연마 표면은 연마 제품과 액체 계면 사이의 계면으로 연마재를 유인하기 위해 연마 제품의 표면의 다른 영역들에 대해 더 음의 제타 전위를 갖도록 설계될 수 있다.
본 명세서에 설명된 일부 구현에서, 이 튜닝 가능한 제타 전위는 연마 제품을 형성하는 데 이용된 예비중합체 함유 조성물에 제타 전위 조절제의 추가에 의해 달성된다. 예비중합체 함유 조성물은 하나 이상의 올리고머와 하나 이상의 단량체를 포함할 수 있고, 올리고머들, 단량체들, 또는 둘 다 중 적어도 하나는 예비중합체 성분들과의 공중합에 의해 연마 제품의 제타 전위를 조정하는 이온 전하(예를 들어, 양이온성, 음이온성, 또는 비이온성)를 가진다.
본 명세서에 설명된 일부 구현에서, 제타 전위의 경사는 연마 제품의 연마 표면에 수직인 방향으로 또는 연마 제품의 연마 표면의 평면에 형성된다. 제타 전위의 경사는 하나의 방향으로 고농도에서 저농도로 또는 그 반대로 달라질 수 있다. 본 명세서에 설명된 일부 구현에서, 연마 제품의 하나 이상의 영역은 더 복잡한 경사의 제타 전위 예컨대 고/저/고 또는 저/고/저 제타 전위를 포함할 수 있다.
중성 용액의 사용으로 측정된 연마 제품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 약 -70 mV 내지 약 +50 mV의 범위일 수 있다. 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 제품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 적어도 -70 mV, -65 mV, -60 mV, -55 mV, -50 mV, -45 mV, -40 mV, -35 mV, -30 mV, -25 mV, -20 mV, -15 mv, -10 mv, -5 mV, 0 mV, 5 mV, 10, mV, 15 mV, 20 mV, 25 mV, 30 mv, 35, mV, 40 mV, 또는 45 mV일 수 있다. 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 제품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 많아야 -65 mV, -60 mV, -55 mV, -50 mV, -45 mV, -40 mV, -35 mV, -30 mV, -25 mV, -20 mV, -15 mv, -10 mv, -5 mV, 0 mV, 5 mV, 10, mV, 15 mV, 20 mV, 25 mV, 30 mv, 35, mV, 40 mV, 45 mV, 또는 50 mV일 수 있다. 다른 구현에서, 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 제품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 약 -70 mV 내지 약 0 mV의 범위일 수 있다(예를 들어, 약 -50 mV 내지 약 -5 mV; 약 -40 mV 내지 약 -10 mV; 또는 약 -30 mV 내지 약 -20 mV). 다른 구현에서, 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 제품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 약 0 mV 내지 약 50 mV의 범위일 수 있다(예를 들어, 약 5 mV 내지 약 40 mV; 약 10 mV 내지 약 30 mV; 또는 약 20 mV 내지 약 30 mV).
다음의 개시내용은 연마 제품들 및 연마 제품들을 제조하기 위한 방법들을 설명한다. 본 개시내용의 다양한 구현들의 완전한 이해를 제공하기 위해 이하의 설명 및 도 1 내지 도 11에서 특정 세부사항들이 제시된다. 다양한 구현들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해 연마 제품들 및 연마 제품들을 제조하는 방법들과 종종 연관된 잘 알려져 있는 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부사항들은 다음의 개시내용에서 제시되지 않는다.
도면들에 도시된 세부사항들, 치수들, 각도들 및 다른 특징들 중 다수는 특정한 구현들을 예시할 뿐이다. 따라서, 다른 구현들은 본 개시내용의 취지 또는 범위를 벗어나지 않고서 다른 세부사항들, 컴포넌트들, 치수들, 각도들 및 특징들을 가질 수 있다. 추가로, 본 개시내용의 추가 구현들은 아래에 설명된 세부사항들 중 몇몇을 갖지 않고서 실시될 수 있다.
본 명세서에 설명된 연마 제품들은 연마 패드들이지만, 본 명세서에 설명된 구현들은, 예를 들어, 버핑 패드를 포함하는 다른 연마 제품들에도 적용가능하다는 것을 이해해야 한다. 또한, 본 명세서에 설명된 연마 제품들은 화학적 기계적 연마 프로세스에 관련하여 논의되지만, 본 명세서에 설명된 연마 제품들 및 연마 제품들을 제조하는 방법들은 연마 렌즈들을 포함하는 다른 연마 프로세스들 및 연마재와 비-연마재 슬러리 시스템들 양쪽 모두를 포함하는 다른 프로세스들에도 적용 가능하다. 추가로, 본 명세서에 설명된 연마 제품들은 적어도 다음과 같은 산업들에서 사용될 수 있다: 특히, 우주, 세라믹, 하드 디스크 드라이브(HDD), MEMS 및 나노-테크, 금속가공, 광학 및 전기-광학, 및 반도체.
일 구현에서, 적층 제조 프로세스, 3차원 프린팅(또는 3-D 프린팅) 프로세스가 본 명세서에 설명된 연마 제품들을 생성(또는 제조)하는 데 이용될 수 있다. 일 구현에서, 부품의 컴퓨터 (CAD) 모델이 먼저 만들어지고 그 후 슬라이싱 알고리즘이 모든 층에 대해 그 정보를 매핑한다. 3-D 프린팅 프로세스의 하나의 비제한적인 예에서, 층은 파우더 베드의 표면 위에 확산되는 파우더의 얇은 분포로 시작된다. 그 후 대상이 형성될 곳에 입자들을 선택적으로 접합하는 선택된 바인더 재료가 분배된다. 그 후 다음 파우더 층이 형성되도록 파우더 베드와 진행중인 부품을 지지하는 피스톤이 하강된다. 각 층 후에, 동일 프로세스를 반복하고 이어서 최종 열처리를 수행하여 대상을 제조한다. 또 다른 예에서, 3-D 프린팅 프로세스는 액체 프리커서 조성물 재료의 액적들을 표면 상에 분배하고 그 후 경화시켜, 아래에서 더 논의되는, 층별 방식(layer-by-layer fashion)으로 연마 제품을 형성하는 프로세스를 포함할 수 있지만, 그에 한정되지는 않는다. 3-D 프린팅 프로세스들은 재료 조성, 마이크로구조 및 표면 텍스처에 대해 로컬 제어를 수행할 수 있으므로, 이 방법으로 다양한(그리고 이전에는 접근하기 어려운) 기하형상들이 달성될 수 있다.
일 구현에서, 본 명세서에 설명된 연마 제품은 컴퓨터 렌더링 디바이스 또는 컴퓨터 디스플레이 디바이스에 의해 판독가능한 데이터 구조로 나타내어질 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 연마 제품을 나타내는 데이터 구조를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 컴퓨터 파일일 수 있고, 하나 이상의 제품의 구조, 재료, 텍스처, 물리적 속성, 또는 다른 특성에 대한 정보를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 또한 컴퓨터 렌더링 디바이스 또는 컴퓨터 디스플레이 디바이스의 선택된 기능에 관련되는 코드, 예컨대 컴퓨터 실행 코드 또는 디바이스 제어 코드를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 물리적 저장 매체 예컨대 자기 메모리, 플로피 디스크 또는 임의의 편리한 물리적 저장 매체를 포함할 수 있다. 물리적 저장 매체는 데이터 구조에 의해 나타내어진 물품을 적층 제조 디바이스, 예컨대 3D 프린터일 수 있는 물리적 렌더링 디바이스 또는 컴퓨터 스크린 상에 렌더링하기 위해 컴퓨터 시스템에 의해 판독가능할 수 있다.
도 1은 다수의 연마 스테이션들을 포함하는 더 큰 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템 내에 위치될 수 있는 연마 스테이션(100)의 개략적인 단면도이다. 연마 스테이션(100)은 플래튼(102)을 포함한다. 플래튼(102)은 중심 축(104)에 대해 회전할 수 있다. 연마 패드(106)가 플래튼(102) 상에 배치될 수 있다. 본 개시내용을 제한하려고 하는 것은 아니지만, 전형적으로, 연마 패드(106)는 연마 스테이션(100) 내에서 처리될 기판(110)의 크기(예를 들어, 기판 직경)보다 적어도 1배 내지 2배 더 큰 플래튼(102)의 상부 표면(103)을 커버한다. 일례에서, 연마 패드(106) 및 플래튼(102)은 직경이 약 6 인치(150 밀리미터) 내지 약 40 인치(1,016 밀리미터)이다. 연마 패드(106)는 하나 이상의 기판(110)과 접촉하여 이를 처리하도록 구성된 연마 표면(112)을 포함한다. 플래튼(102)은 연마 동안 연마 패드(106)를 지지하고 연마 패드(106)를 회전시킨다. 캐리어 헤드(108)가 연마 패드(106)의 연마 표면(112)에 대하여 처리 중인 기판(110)을 유지할 수 있다. 연마 표면(112)와 기판(110) 사이에 연마 계면(130)이 형성된다. 캐리어 헤드(108)는 기판(110)을 연마 패드(106)에 대하여 압박하기 위해 이용되는 가요성 다이어프램(111), 및 연마 프로세스 동안 기판의 표면에 걸쳐 발견되는 고유하게 불균일한 압력 분포를 정정하기 위해 이용되는 리테이닝 링(109)을 전형적으로 포함한다. 캐리어 헤드(108)는 기판(110)과 연마 패드(106) 사이에 상대적인 움직임들을 발생시키기 위해 스위핑 모션으로 이동하고/하거나 중심 축(114)에 대해 회전할 수 있다.
연마 동안, 연마재 슬러리 또는 비-연마재 슬러리와 같은 연마 유체(116)가 전달 아암(118)에 의해 연마 표면(112)에 공급될 수 있다. 연마 유체(116)는 기판의 화학적 기계적 연마을 가능하게 하기 위해 화학적 활성 성분들, pH 조정제 및/또는 연마재 입자들을 함유할 수 있다. 116의 슬러리 화학물질은 금속들, 금속 산화물들, 및 반금속 산화물들을 포함할 수 있는 기판 표면들 및/또는 피쳐들을 연마하도록 설계된다. 연마 패드(106)의 표면 토포그래피는 연마 프로세스 동안 기판(110)과 상호작용하는 연마 유체(116)(예를 들어, 슬러리)의 이송을 제어하는 데 이용된다는 점에 주목할 것이다. 예를 들어, 연마 패드(106)의 표면 토폴로지는 연마 패드(106)의 위에, 그 상에 그리고 그 내에 배치될 수 있는 홈, 채널 및 다른 돌기를 포함할 수 있다. 연마 패드의 표면 토폴로지는 주조, 형성, 또는 기계가공을 포함하는 기술들에 의해 형성될 수 있다.
일부 구현에서, 연마 스테이션(100)은 컨디셔닝 아암(122) 및 액추에이터들(124 및 126)을 포함하는 패드 컨디셔닝 어셈블리(120)를 포함한다. 액추에이터들(124 및 126)은 패드 컨디셔닝 디스크(128)(예를 들어, 다이아몬드 함침 디스크)가 연마 프로세스 사이클 동안 상이한 시간들에서 연마 표면(112)에 대하여 압박되고 연마 표면에 걸쳐 스위프하여, 연마 패드(106)의 연마 표면(112)을 연마하고 회생(rejuvenate)시키게 하도록 구성된다. 처리 동안 움직이는 연마 패드(106)과 캐리어 헤드(108)은 기계적 에너지를 기판(110)에 가하고, 이 에너지는 연마 유체(116) 내의 연마재 성분들과 화학물질들과 결합하여, 기판의 표면이 평면화되게 할 것이다.
도 2a는 본 개시내용의 구현들에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드(200)의 개략적인 사시도이다. 도 2b는 도 2a의 연마 패드(200)의 일부의 개략적인 단면도이다. 도 2c는 도 2b의 연마 패드의 일부의 확대된 개략적인 단면도이다. 연마 패드(200)는 화학적 기계적 연마에 의해 기판들을 연마하기 위해 연마 스테이션(100)과 같은 연마 스테이션들에서 사용될 수 있다. 연마 패드(200)는 패드 바디(202)를 포함한다. 패드 바디(202)는 균질의 패드 바디일 수 있다. 패드 바디(202)는 교번적으로 복합 패드 바디일 수 있다. 패드 바디(202)는 임의의 적합한 기술에 의해 형성될 수 있다. 패드 바디(202)를 형성하기 위한 예시적인 기술들은 3D 프린팅, 성형, 주조, 또는 소결을 포함한다. 패드 바디(202)는 복수의 노출된 영역 또는 표면을 포함할 수 있다.
일 구현에서, 노출된 영역들 또는 표면들 중 적어도 2개는 제타 전위와 같은 상이한 표면 속성들을 가진다. 일 구현에서, 각 노출된 표면 내의 영역들은 상이한 제타 전위를 갖도록 개질된다. 일 구현에서, 영역들 또는 표면들의 제타 전위는 CMP 프로세스 동안 생성된 금속성 오염물질들 및 연마재 입자들과 같은 연마 부산물들이 기판과 연마 패드 사이의 연마 계면으로부터 쉽게 제거되는 반면, 연마 패드 상에 배치되는 활성 슬러리가 기판과 연마 패드 사이의 계면으로 전달되거나 유인되도록 튜닝될 수 있다.
일 구현에서, 패드 바디(202)는 제1 재료로 형성되고 제1 제타 전위를 가진 하나 이상의 노출된 제1 영역 또는 표면을 포함한다. 패드 바디(202)는 제2 재료로 형성되고 제2 제타 전위를 가진 하나 이상의 제2 노출된 영역을 추가로 포함하며, 제1 제타 전위는 제2 제타 전위와 상이하다. 일 구현에서, 중성 용액의 사용으로 측정된 제1 제타 전위는 -70 mV 이상 내지 0 mV 이하이고 중성 용액의 사용으로 측정된 제2 제타 전위는 0 mV 이상 내지 50 mV 이하이다. 다른 구현에서, 중성 용액의 사용으로 측정된 제1 제타 전위는 0 mV 이상 내지 50 mV 이하이고 중성 용액의 사용으로 측정된 제2 제타 전위는 -70 mV 이상 내지 0 mV 이하이다.
원하는 제타 전위 속성들을 가진 임의의 적합한 재료 또는 재료들의 조합이 패드 바디(202)를 형성하는 데 이용될 수 있다. 일 구현에서, 패드 바디는 하나 이상의 열가소성 중합체, 열경화성 중합체, 또는 열가소성과 열경화성 중합체들 양쪽 모두로 형성될 수 있다. 예를 들어, 패드 바디(202)는 열가소성 중합체들, 예컨대 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르 술폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리비닐 아세테이트, 플루오르화 탄화수소, 및 그와 유사한 것, 및 이들의 아크릴레이트, 공중합체, 그라프트 및 혼합물로 형성될 수 있다. 패드 바디(202)는 예를 들어 폴리우레탄, 아크릴레이트, 에폭시, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 또는 폴리아미드를 포함하는 열가소성 중합체들로 형성될 수 있다. 일 구현에서, 상이한 제타 전위들을 가진 상이한 중합체들이 각각의 노출된 표면을 형성하는 데 이용된다. 다른 구현에서, 열가소성 중합체는 본 명세서에 설명된 바와 같이 상이한 제타 전위들을 가진 노출된 표면들을 달성하기 위해 다양한 제타 전위 조절제들로 개질된다.
일 구현에서, 패드 바디(202)는 적층된 배향으로 형성될 수 있는 복수의 층을 포함한다. 상이한 제타 전위를 가진 재료들이 복수의 층의 상이한 층들의 적어도 일부를 형성하는 데 이용될 수 있다. 복수의 층의 층들 중 적어도 2개는 각각 적어도 하나의 다른 층의 노출된 표면과 상이한 제타 전위를 갖는 노출된 표면을 가진다.
패드 바디(202)는 제1 연마 표면(204) 및 제1 연마 표면(204) 반대편의 제2 평평한 표면(206)을 포함한다. 패드 바디(202)는 하측 부분(208)을 포함하고 복수의 홈(210) 또는 채널이 패드 바디(202)의 하측 부분(208) 위에 연장되어 있다. 복수의 홈(210) 또는 채널은 연마 패드(200)의 그루빙된 표면을 형성하는 연마 표면(204) 내에 배치된다. 홈들(210)은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 홈들(210)은 원형일 수 있다. 홈들이 원형인 일부 구현에서, 홈들(210)은 서로 동심일 수 있다.
홈들(210)은 피치 P로 이격된다. 피치 P는, 도 2b에 의해 가장 명확히 도시된 바와 같이, 인접한 홈들 사이의 방사상 거리이다. 각 홈 사이에는 폭 Wp를 가진 피쳐(212) 또는 파티션이 있다. 피쳐(212)는 임의의 적합한 형상일 수 있다. 피쳐(212)는 환형의 피쳐일 수 있다. 각 홈(210)은 베이스 부분(216)에서 종단되는 벽들(214)을 포함한다. 도 2b에 도시된 바와 같이, 베이스 부분(216)은 직사각형 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 교번적으로, 베이스 부분(216)은 U 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 각 홈(210)은 깊이 Dg와 폭 Wg를 가질 수 있다. 벽들(214)은 대체로 수직이고 베이스 부분(216)에서 종단될 수 있다.
일 구현에서, 피쳐들(212)의 높이(220)는 피쳐들(212)의 상부 표면들(222)이 패드 바디(202)의 하측 부분(208)으로부터 돌출하도록 각 홈(210)의 베이스 부분(216)보다 높다. 홈들(210) 또는 채널들은 피쳐들(212)과 베이스 부분(216) 사이에 형성된다. 연마 동안, 피쳐들(212)의 상부 표면들(222)은 기판과 접촉하는 연마 표면(204)을 형성하고, 한편 홈들(210)은 연마 유체를 보유한다.
일 구현에서, 피쳐(212)의 폭 Wp는 약 250 미크론 내지 약 2 밀리미터일 수 있다. 홈들(210)의 폭 Wg는 약 250 미크론 내지 약 2 밀리미터일 수 있다. 피쳐들(212) 사이의 피치 "P"는 약 0.5 밀리미터 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 피쳐(212)의 폭 Wp, 홈(210)의 폭 Wg, 및/또는 피치 P는 다양한 경도의 구역들에 대해 연마 패드(200)의 반경에 걸쳐 달라질 수 있다.
패드 바디(202)는 복수의 노출된 표면을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 복수의 표면의 노출된 표면들 중 2개의 적어도 일부는 제타 전위와 같은 상이한 표면 속성들을 가진다. 일 구현에서, 각 노출된 표면 내의 영역들은 상이한 제타 전위들을 갖도록 개질된다. 노출된 표면은 증가하는 제타 전위를 갖는 경사를 형성하도록 선택될 수 있다. 일 구현에서, 노출된 표면들은 피쳐(212)의 상부 표면(222), 벽(214)의 표면(224), 및 베이스 부분(216)의 표면(226)으로부터 선택된다. 예를 들어, 일 구현에서, 적어도 피쳐(212)의 상부 표면(222)의 일부는 제1 제타 전위를 가진 제1 재료를 포함하고, 적어도 벽(214)의 표면(224)의 일부는 제2 제타 전위를 가진 재료를 포함하고, 적어도 홈(210)의 베이스 부분(216)의 표면(226)의 일부는 제3 제타 전위를 가진 제3 재료를 포함한다. 다른 구현에서, 적어도 피쳐(212)의 상부 표면(222)의 일부와 벽(214)의 표면(224)의 일부는 제1 제타 전위를 갖고 적어도 홈(210)의 베이스 부분(216)의 표면(226)의 일부는 제1 제타 전위와 상이한 제2 제타 전위를 가진 제2 재료를 포함한다.
도 2c를 참조하여, 패드 바디(202)는 복수의 재료 층(2301-2309)(집합적으로 230)을 포함할 수 있다. 제타 전위와 같은 상이한 표면 속성들을 가진 재료들이 상이한 층들 각각을 형성하는 데 이용될 수 있다. 복수의 재료 층(2301-2309)의 층들 중 적어도 2개는 각각 다른 층의 노출된 표면과 상이한 제타 전위를 갖는 노출된 표면을 가진다. 9개의 층을 포함하는 도 2c에 도시된 연마 패드(200)는 단지 예시적인 것이고 임의의 수의 재료 층(230)이 원하는 제타 전위의 경사를 생성하는 데 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
일 구현에서, 제타 전위는 패드 바디(202) 전체에 걸쳐 경사진다. 제타 전위는 연마 표면(204)으로부터 평평한 표면(206)까지 재료 속성 경사(240 →250)을 갖고 패드 바디(202) 전체에 걸쳐 경사질 수 있다. 일 구현에서, 중성 용액의 사용으로 측정된 재료 속성 경사(240 →250)의 변화하는 제타 전위는 약 -70 mV 내지 약 +50 mV의 범위 내에서 달라진다. 일 구현에서, 제타 전위의 경사는 연마 표면(204)으로부터 평평한 표면(206)까지 증가한다. 예를 들어, 일 구현에서, 하나 이상의 노출된 제1 영역 또는 표면 및 하나 이상의 제2 영역 또는 표면은 제타 전위의 경사를 형성하도록 배열되고 제타 전위는 연마 표면(204)으로부터 평평한 표면(206)까지 증가한다. 다른 구현에서, 제타 전위는 평평한 표면(206)으로부터 연마 표면(204)까지 증가한다. 예를 들어, 일 구현에서, 피쳐(212)의 상부 표면(222)은 제1 제타 전위를 가진 제1 재료 층(2301)을 포함하고, 적어도 벽(214)의 표면(224)의 일부는 제2 제타 전위를 가진 제2 재료 층(2302-2308의 임의의 조합)을 포함하고, 홈(210)의 베이스 부분(216)의 표면(226)은 제3 제타 전위를 가진 제3 재료 층(2308)을 포함한다. 다른 구현에서, 재료 층들(2301-2308)은 제1 제타 전위를 가지고 재료 층(2309)은 제2 제타 전위를 가진다.
도 3a는 본 개시내용의 또 다른 구현에 따른 변화하는 제타 전위를 갖는 표면들을 가진 연마 패드(300)의 개략적인 사시도이다. 도 3b는 도 3a의 연마 패드(300)의 일부의 개략적인 단면도이다. 연마 패드(300)는 화학적 기계적 연마에 의해 기판들을 연마하기 위해 연마 스테이션(100)과 같은 연마 스테이션들에서 사용될 수 있다. 이 연마 패드는 연마 패드(300)가 노출된 영역들 또는 표면들을 가진 복수의 불연속 피쳐를 포함한다는 점을 제외하고는 연마 패드(200)와 유사하다. 일 구현에서, 복수의 영역 또는 표면의 노출된 영역들 또는 표면들 중 적어도 2개는 제타 전위와 같은 상이한 표면 속성들을 가진다. 일 구현에서, 영역들 또는 표면들의 제타 전위는 CMP 프로세스 동안 생성된 금속성 오염물질들 및 연마재 입자들과 같은 연마 부산물들이 기판과 연마 패드 사이의 연마 계면으로부터 제거되고 활성 슬러리가 기판과 연마 패드 사이의 계면으로 전달되도록 튜닝될 수 있다.
연마 패드(300)는 복합 패드 바디(302)를 포함한다. 복합 패드 바디(302)는 제1 연마 표면(305) 및 제1 연마 표면(305) 반대편의 제2 평평한 표면(307)을 포함한다. 복합 패드 바디(302)는 하나 이상의 제1 연마 피쳐(304)와 하나 이상의 제2 연마 피쳐(들)(306)를 포함한다. 하나 이상의 제1 연마 피쳐(304)와 하나 이상의 제2 연마 피쳐(들)(306) 중 적어도 하나의 노출된 표면들 중 적어도 2개의 부분들은 변화하는 제타 전위의 표면들을 갖도록 본 명세서에 설명된 바와 같이 개질될 수 있다. 제1 연마 피쳐들(304) 및 제2 연마 피쳐(들)(306)는 복합 패드 바디(302)를 형성하기 위해 경계들에서 함께 접합되는 불연속 피쳐들이다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)은 약 40 쇼어 D 스케일 내지 약 90 쇼어 D 스케일의 경도를 가진 경질 피쳐일 수 있다. 제2 연마 피쳐(들)(306)는 약 26 쇼어 A 스케일 내지 약 95 쇼어 A 스케일의 경도를 가진 탄성 피쳐일 수 있다.
복합 패드 바디(302)를 형성하기 위한 예시적인 기술들은 3D 프린팅, 성형, 주조, 또는 소결을 포함한다. 복합 패드 바디(302)는 복수의 층을 포함할 수 있고, 그 각각은 3D 프린터에 의해 퇴적되는 복합 패드 바디(302)의 설계에 따라 제2 연마 피쳐(들)(306)의 영역들 및/또는 제1 연마 피쳐들(304)의 영역들을 포함한다. 그 후 복수의 층은 응고되어 타겟 경도를 달성하기 위해 예를 들어 UV 광에 의해 또는 열 소스에 의해 경화될 수 있다. 퇴적 및 경화 후에, 변화하는 제타 전위의 노출된 표면들과 함께 결합되거나 접합되는 제1 연마 피쳐들(304) 및 제2 연마 피쳐(들)(306)을 포함하는 단일 복합 패드 바디(302)가 형성된다.
타겟 연마 프로세스를 달성하기 위해 상이한 기계적 속성들을 가진 재료들이 제2 연마 피쳐(들)(306) 및 제1 연마 피쳐들(304)에 대해 선택될 수 있다. 제2 연마 피쳐(들)(306) 및 제1 연마 피쳐들(304)의 동적 기계적 속성들은 상이한 재료들을 선택하고/하거나 피쳐 형성 프로세스 동안 이용되는 상이한 경화 프로세스를 선택함으로써 달성될 수 있다. 일 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 더 낮은 경도 값 및 더 낮은 값의 영률을 가질 수 있는 한편, 제1 연마 피쳐들(304)은 더 높은 경도 값 및 더 높은 값의 영률을 가질 수 있다. 일 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 더 낮은 제타 전위 값을 가질 수 있는 한편, 제1 연마 피쳐들(304)은 더 높은 제타 전위 값을 가질 수 있다. 다른 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 더 높은 제타 전위 값을 가질 수 있는 한편, 제1 연마 피쳐들(304)은 더 낮은 제타 전위 값을 가질 수 있다. 본 명세서에 설명된 바와 같이, 제타 전위와 같은 표면 속성들은 연마 패드의 연마 표면 내에서 또는 연마 표면에 걸쳐서 제2 연마 피쳐(들)(306)과 제1 연마 피쳐들(304)의 물리적 레이아웃, 패턴 또는 조합에 의해 그리고/또는 각 피쳐 내에서 제어될 수 있다.
제1 연마 피쳐들(304)은 하나 이상의 중합체 재료로 형성될 수 있다. 제1 연마 피쳐들(304)은 본 명세서에 설명된 바와 같이 상이한 제타 전위들을 가진 노출된 표면들을 달성하기 위해 다양한 제타 전위 조절제들과 결합하여 단일 중합체 재료 또는 2개 이상의 중합체의 혼합물로 형성될 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)은 하나 이상의 열가소성 중합체로 형성될 수 있다. 제1 연마 피쳐들(304)은 열가소성 중합체들, 예컨대 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르 술폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리비닐 아세테이트, 플루오르화 탄화수소, 및 그와 유사한 것, 및 이들의 아크릴레이트, 공중합체, 그라프트 및 혼합물로 형성될 수 있다. 다른 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)을 형성하는 데 이용된 열가소성 중합체는 본 명세서에 설명된 바와 같이 상이한 제타 전위들을 가진 노출 영역들을 달성하기 위해 다양한 제타 전위 조절제들로 개질된다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)은 아크릴레이트들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 연마 피쳐들(304)은 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트일 수 있다. 다른 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)은 하나 이상의 열경화성 중합체, 예컨대 에폭시, 페놀수지(phenolics), 아민, 폴리에스테르, 우레탄, 실리콘, 및 이들의 아크릴레이트, 혼합물, 공중합체, 및 그라프트를 포함할 수 있다.
일 구현에서, 제1 연마 피쳐들들(304)은 시뮬레이팅 플라스틱 3D 프린팅 재료로 형성될 수 있다. 일 구현에서, 연마 프로세스들을 향상시키기 위해 연마재 입자들이 제1 연마 피쳐들(304)에 임베드될 수 있다. 연마재 입자들을 구성하는 재료는 금속 산화물, 예컨대 세리아, 알루미나, 실리카, 또는 이들의 조합, 중합체, 금속간 화합물(inter-metallic) 또는 세라믹일 수 있다.
제2 연마 피쳐(들)(306)는 하나 이상의 중합체 재료로 형성될 수 있다. 제2 연마 피쳐(들)(306)는 타겟 속성들을 달성하기 위해 단일 중합체 재료 또는 2개 이상의 중합체의 혼합물로 형성될 수 있다. 일 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 저장 탄성률 하나 이상의 열가소성 중합체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 열가소성 중합체들, 예컨대 폴리우레탄, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리아크릴로니트릴, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리클로로트리플루오로에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리옥시메틸렌, 폴리카보네이트, 폴리이미드, 폴리에테르에테르케톤, 폴리페닐렌 술파이드, 폴리에테르 술폰, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 폴리에테르이미드, 폴리아미드, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리비닐 아세테이트, 플루오르화 탄화수소, 및 그와 유사한 것, 및 이들의 아크릴레이트, 공중합체, 그라프트 및 혼합물로 형성될 수 있다. 다른 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)를 형성하는 데 이용된 열가소성 중합체는 본 명세서에 설명된 바와 같이 상이한 제타 전위들을 가진 노출 영역들을 달성하기 위해 다양한 제타 전위 조절제들로 개질된다. 일 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 아크릴레이트들로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트일 수 있다. 다른 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 열가소성 엘라스토머들로 형성될 수 있다. 일 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306)는 고무-유사(rubber-like) 3D 프린팅 재료로 형성될 수 있다.
일부 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)은 일반적으로 제2 연마 피쳐(들)(306)보다 더 경질이고 더 강성이고, 한편 제2 연마 피쳐(들)(306)는 제1 연마 피쳐들(304)보다 더 연질이고 더 가요성이다. 제1 연마 피쳐들(304)과 제2 연마 피쳐(들)(306)의 재료들 및 패턴들은 변화하는 제타 전위들의 영역들을 갖는 연마 패드(300)의 "튜닝된" 벌크 재료를 달성하도록 선택될 수 있다. 이러한 "튜닝된" 벌크 재료와 변화하는 제타 전위로 형성된 연마 패드(300)는 개선된 연마 결과(예를 들어, 감소된 결함), 감소된 제조 비용, 및 연장된 패드 수명과 같은 다양한 이점들을 가진다. 일 구현에서, 전체적으로 "튜닝된" 벌크 재료 또는 연마 패드는 약 65 쇼어 A 내지 약 75 쇼어 D의 경도를 가질 수 있다. 연마 패드의 인장 강도(tensile strength)는 5MPa 내지 약 75MPa일 수 있다. 연마 패드(300)는 약 5% 내지 약 350%의 파단 연신율(elongation to break)을 가질 수 있다. 연마 패드는 약 10mPa 초과의 전단 강도를 가질 수 있다. 연마 패드(300)는 약 5MPa 내지 약 2000MPa의 저장 탄성률을 가질 수 있다. 연마 패드는 E'30/E'90에서의 저장 탄성률 비율이 약 6 내지 약 30의 범위 내에 있도록 섭씨 25도 내지 섭씨 90도의 온도 범위에 걸쳐 안정적인 저장 탄성률을 가질 수 있고, 여기서 E'30은 섭씨 30도에서의 저장 탄성률이고, E'90은 섭씨 90도에서의 저장 탄성률이다.
일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)과 제2 연마 피쳐(들)(306)의 재료들은 연마 슬러리로부터의 공격에 대해 화학적으로 저항성이 있다. 다른 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)과 제2 연마 피쳐(들)(306)의 재료들은 친수성이다.
복합 패드 바디(302)는 복합 패드 바디(302)의 제2 연마 피쳐(들)(306)의 하측 부분(308) 위에 연장되는 복수의 홈(310) 또는 채널을 포함한다. 복수의 홈(310) 또는 채널은 연마 패드(300의 연마 표면(305) 내에 배치된다. 홈들(310)은 임의의 적합한 형상일 수 있다. 홈들(310)은 원형일 수 있다. 홈들이 원형인 일부 구현에서, 홈들(310)은 서로 동심일 수 있다.
홈들(310)은 피치 P로 이격된다. 피치 P는, 도 3b에 의해 가장 명확히 도시된 바와 같이, 인접한 홈들 사이의 방사상 거리이다. 각 홈 사이에는 폭 Wp를 가진 제1 연마 피쳐(304) 또는 파티션이 있다. 제1 연마 피쳐(304)는 임의의 적합한 형상일 수 있다. 제1 연마 피쳐(304)는 환형의 피쳐일 수 있다. 각 홈(310)은 베이스 부분(316)에서 종단되는 벽들(314)을 포함한다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 베이스 부분(316)은 직사각형 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 교번적으로, 베이스 부분(316)은 U 형상의 프로파일을 가질 수 있다. 각 홈(310)은 깊이 Dg와 폭 Wg를 가질 수 있다. 벽들(314)은 대체로 수직이고 베이스 부분(316)에서 종단될 수 있다.
일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)과 제2 연마 피쳐(들)(306)은 원형인 복합 패드 바디(302)를 형성하도록 교번적으로 배열된 교대하는 동심 링들일 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)의 높이는 제1 연마 피쳐들(304)의 상부 표면들(322)이 제2 연마 피쳐(들)(306)로부터 돌출하도록 제2 연마 피쳐(들)(306)의 높이보다 높다. 홈들(310) 또는 채널들은 제1 연마 피쳐들(304)과 제2 연마 피쳐(들)(306) 사이에 형성된다. 연마 동안, 제1 연마 피쳐들(304)의 상부 표면들(322)은 기판과 접촉하는 연마 표면(305)을 형성하고, 한편 홈들(310)은 연마 유체를 보유한다. 일 구현에서, 홈들(310) 및/또는 채널들이 복합 패드 바디(302)의 최상부면 상에 형성되도록, 제1 연마 피쳐들(304)은 복합 패드 바디(302)에 평행한 평면에 수직인 방향에서 제2 연마 피쳐(들)(306)보다 더 두꺼울 수 있다.
일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304)의 폭 Wp는 약 250 미크론 내지 약 2 밀리미터일 수 있다. 제1 연마 피쳐들(304) 사이의 피치 "P"는 약 0.5 밀리미터 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 각각의 제1 연마 피쳐(304)는 약 250 미크론 내지 약 2 밀리미터의 범위 내의 폭을 가질 수 있다. 폭 Wp 및/또는 피치 "P"는 다양한 경도의 구역들에 대해 연마 패드(300)의 반경에 걸쳐 달라질 수 있다.
복합 패드 바디(302)는 복수의 노출된 표면을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 복수의 표면의 노출된 표면들 중 2개의 적어도 일부는 제타 전위와 같은 상이한 표면 속성들을 가진다. 노출된 표면은 증가하는 제타 전위를 갖는 경사를 형성하도록 선택될 수 있다. 일 구현에서, 노출된 표면들은 제1 연마 피쳐(304)의 상부 표면(322), 벽(314)의 표면(324), 및 베이스 부분(316)의 표면(326)으로부터 선택된다. 예를 들어, 일 구현에서, 적어도 제1 연마 피쳐(304)의 상부 표면(322)의 일부는 제1 제타 전위를 가진 제1 재료를 포함하고, 적어도 벽(314)의 표면(324)의 일부는 제2 제타 전위를 가진 재료를 포함하고, 적어도 홈(310)의 베이스 부분(316)의 표면(326)의 일부는 제3 제타 전위를 가진 제3 재료를 포함한다. 다른 구현에서, 적어도 제1 연마 피쳐(304)의 상부 표면(322)의 일부와 제1 연마 피쳐(304)의 벽(314)의 표면(324)의 일부는 제1 제타 전위를 갖고 적어도 홈(310)의 베이스 부분(316)의 표면(326)의 일부는 제1 제타 전위와 상이한 제2 제타 전위를 가진 제2 재료를 포함한다.
일 구현에서, 복합 패드 바디(302)는 도 2c에 도시된 바와 같이 복수의 재료 층을 포함할 수 있다. 제타 전위와 같은 상이한 표면 속성들을 가진 재료들이 상이한 층들 각각을 형성하는 데 이용될 수 있다. 복수의 층의 층들 중 적어도 2개는 각각 다른 층의 노출된 표면과 상이한 제타 전위를 갖는 노출된 표면을 가진다.
일 구현에서, 제타 전위는 복합 패드 바디(302) 전체에 걸쳐 경사진다. 제타 전위는 연마 표면(305)으로부터 평평한 표면(307)까지 재료 속성 경사(340 →350)을 갖고 복합 패드 바디(302) 전체에 걸쳐 경사질 수 있다. 일 구현에서, 제타 전위의 경사는 연마 표면(305)으로부터 평평한 표면(307)까지 증가한다. 다른 구현에서, 제타 전위는 평평한 표면(307)으로부터 연마 표면(305)까지 증가한다. 예를 들어, 일 구현에서, 제1 연마 피쳐(304)의 상부 표면(322)은 제1 제타 전위를 가진 제1 재료 층을 포함하고, 적어도 벽(314)의 표면(324)의 일부는 제2 제타 전위를 가진 제2 재료 층을 포함하고, 홈(310)의 베이스 부분(316)의 표면(326)은 제3 제타 전위를 가진 제3 재료 층을 포함한다.
도 3c는 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드(300c)의 개략적인 부분 상부도이다. 연마 패드(300c)가 인터로킹하는 제1 연마 피쳐들(304c) 및 제2 연마 피쳐(들)(306c)를 포함한다는 점을 제외하면, 연마 패드(300c)는 도 3a의 연마 패드(300)와 유사하다. 제1 연마 피쳐들(304c) 및 제2 연마 피쳐(들)(306c)는 복수의 동심 링을 형성할 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304c)은 돌출하는 수직 리지들(360)을 포함할 수 있고, 제2 연마 피쳐(들)(306c)는 이러한 수직 리지들(360)을 수용하기 위한 수직 리세스들(370)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 연마 피쳐(들)(306c)는 돌출하는 리지들을 포함할 수 있는 한편, 제1 연마 피쳐들(304c)은 리세스들을 포함한다. 제2 연마 피쳐(들)(306c)를 제1 연마 피쳐들(304c)과 인터로킹하는 것은 CMP 프로세스 및/또는 재료 핸들링 동안 발생될 수 있는 인가되는 전단력들(shear forces)에 관련하여 연마 패드(300c)의 기계적 강도를 증가시킨다. 제1 연마 피쳐들(304c) 및 제2 연마 피쳐(들)(306c)는 각각 변화하는 제타 전위의 영역을 가질 수 있다.
도 3d는 본 개시내용의 구현들에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드(300d)의 개략적인 사시 단면도이다. 연마 패드(300d)는 제2 연마 피쳐(들)(306d)와 같은 베이스 재료 층으로부터 연장되는 복수의 제1 연마 피쳐(304d)를 포함한다. 제1 연마 피쳐들(304d)의 상부 표면들(372)은 연마 동안 기판에 접촉하기 위한 연마 표면을 형성한다. 제1 연마 피쳐들(304d) 및 제2 연마 피쳐(들)(306d)는 상이한 재료 및 구조적 속성들을 가진다. 예를 들어, 제1 연마 피쳐들(304d)은 연마 패드(300)의 제1 연마 피쳐(304)를 위한 재료들과 같은, 제1 제타 전위를 가진 재료로 형성될 수 있고, 한편 제2 연마 피쳐(들)(306d)는 제2 제타 전위를 가진 재료로 형성될 수 있다. 또한, 제1 연마 피쳐들(304d)은 연마 패드(300)의 경질 피쳐들을 위한 재료들과 같은 경질 재료로 형성될 수 있고, 한편 제2 연마 피쳐(들)(306d)는 연마 패드(300)의 제2 연마 피쳐들을 위한 재료들과 같은 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료로 형성될 수 있다. 연마 패드(300d)는 연마 패드(300)와 유사하게 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304d)은 실질적으로 동일한 크기일 수 있다. 대안적으로, 제1 연마 피쳐들(304d)은 연마 패드(300d)를 가로질러, 다양한 기계적 및 표면 속성들, 예컨대 다양한 제타 전위, 다양한 저장 탄성률 E' 및/또는 다양한 손실 탄성률 E"를 생성하도록 크기가 달라질 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304d)은 연마 패드(300d)에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있다. 대안적으로, 제1 연마 피쳐들(304d)은 연마 패드(300d)에서의 타겟 속성들을 달성하기 위해 불균일한 패턴으로 배열될 수 있다.
도 3d에서, 제1 연마 피쳐들(304d)은 제2 연마 피쳐(들)(306d)로부터 돌출하는 원형 컬럼들인 것으로 도시되어 있다. 대안적으로, 제1 연마 피쳐들(304d)은 임의의 적합한 형상을 가질 수 있는데, 예를 들어 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형, 또는 불규칙한 단면들을 갖는 컬럼들일 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304d)은 연마 패드의 경도, 기계적 강도, 제타 전위 또는 다른 바람직한 속성들을 튜닝하기 위해 상이한 단면 형상들을 가질 수 있다.
도 3e는 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드(300e)의 개략적인 부분 단면도이다. 연마 패드(300e)가 인터로킹하는 제1 연마 피쳐들(304e) 및 제2 연마 피쳐(들)(306e)를 포함한다는 점을 제외하면, 연마 패드(300e)는 도 3a 내지 도 3d의 연마 패드(300, 300c 또는 300d)와 유사하다. 제1 연마 피쳐들(304e) 및 제2 연마 피쳐(들)(306e)는 복합 패드 바디(302)의 일부를 형성하는 복수의 동심 링 및/또는 불연속 요소를 포함할 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304e)은 돌출하는 측벽들(protruding sidewalls)(374)을 포함할 수 있고, 한편 제2 연마 피쳐(들)(306e)는 제1 연마 피쳐들(304e)을 수용하기 위한 오목한 측벽들(recessing sidewalls)(375)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 연마 피쳐(들)(306e)는 돌출하는 측벽들을 포함할 수 있는 한편, 제1 연마 피쳐들(304e)은 오목한 측벽들을 포함할 수 있다. 돌출하는 측벽들에 의해 제2 연마 피쳐(들)(306e)를 제1 연마 피쳐들(304e)과 인터로킹하게 함으로써, 연마 패드(300e)는 증가된 인장, 압축 및/또는 전단 강도를 획득한다. 추가로, 인터로킹하는 측벽들은 연마 패드(300e)가 갈라지는 것을 방지한다.
일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304e)과 제2 연마 피쳐(들)(306e) 사이의 경계들은 적어도 하나의 재료 조성물과 다른 재료 조성물 사이의 응집성 전이(cohesive transition), 예컨대 제1 연마 피쳐(304e)를 형성하기 위해 이용되는 제1 조성물과 제2 연마 피쳐(들)(306e)를 형성하기 위해 이용되는 제2 조성물 사이의 전이 또는 조성 경사를 포함한다. 복합 패드 바디(302)의 부분들을 형성하기 위해 이용되는 조성물들로부터 그와 같이 형성된 재료들의 응집성은 본 명세서에 설명된 적층 제조 프로세스의 직접적인 결과이고, 이것은 층별 가산적으로 형성된 구조물(layer by layer additively formed structure)에서의 하나 이상의 화학적 조성물의 친밀한 혼합(intimate mixing) 및 미크론 스케일 제어를 가능하게 한다.
도 3f는 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드(300f)의 개략적인 부분 단면도이다. 도 3f는 본 개시내용의 일 구현에 따른 연마 패드의 개략적인 부분 단면도이다. 연마 패드(300f)가 상이하게 구성된 인터로킹 피쳐들을 포함한다는 점을 제외하면, 연마 패드(300f)는 도 3e의 연마 패드(300e)와 유사하다. 연마 패드(300f)는 제1 연마 피쳐들(304f) 및 제2 연마 피쳐(들)(306f)를 포함할 수 있다. 제1 연마 피쳐들(304f) 및 제2 연마 피쳐(들)(306f)는 복수의 동심 링 및/또는 불연속 요소를 포함할 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304f)은 수평 리지들(376)을 포함할 수 있는 한편, 제2 연마 피쳐(들)(306f)는 제1 연마 피쳐들(304f)의 수평 리지들(376)을 수용하기 위한 수평 리세스들(377)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 연마 피쳐(들)(306f)는 수평 리지들을 포함할 수 있는 한편, 제1 연마 피쳐들(304f)은 수평 리세스들을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 도 3c의 인터로킹 피쳐들과 같은 수직 인터로킹 피쳐들 및 도 3e 및 3f의 인터로킹 피쳐들과 같은 수평 인터로킹 피쳐들을 결합하여 연마 패드를 형성할 수 있다.
도 3g 내지 도 3l은 본 개시내용의 구현에 따른 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드 설계들의 상부도들이다. 도 3g 내지 도 3l 각각은, 기판에 접촉하여 기판을 연마하기 위한 제1 연마 피쳐들(304g-304l)을 각각 표현하는 백색 영역들(백색 픽셀들의 영역들), 및 제2 연마 피쳐(들)(306g-306l)를 표현하는 흑색 영역들(흑색 픽셀들의 영역들)을 갖는 픽셀 차트들을 포함한다. 제1 연마 피쳐들(304g-304l)은 본 명세서에 논의된 제1 연마 피쳐들(304)과 유사할 수 있다. 제2 연마 피쳐(들)(306g-306l)는 연마 패드의 제2 연마 피쳐(들)(306)와 유사할 수 있다. 본 명세서에서 유사하게 논의된 바와 같이, 채널들이 백색 영역들 사이의 흑색 영역들에 형성되도록, 백색 영역들은 일반적으로 흑색 영역들 위로 돌출된다. 연마 슬러리가 연마 동안 이 채널들을 통해 유동할 수 있으며 이 채널들에 보유될 수 있다. 도 3g 내지 도 3l에 도시된 연마 패드들은 적층 제조 프로세스를 이용하여 복수의 재료 층을 퇴적시킴으로써 형성될 수 있다. 복수의 층 각각은 제1 연마 피쳐들(304g-304f) 및 제2 연마 피쳐(들)(306g-306f)를 형성하기 위해 2개 이상의 재료를 포함할 수 있다. 일 구현에서, 홈들 및/또는 채널들이 연마 패드의 최상부면 상에 형성되도록, 제1 연마 피쳐들(304g-304f)은 복수의 재료 층에 평행한 평면에 수직인 방향에서 제2 연마 피쳐(들)(306g-306f)보다 더 두꺼울 수 있다.
도 3g는 동심의 연마 피쳐들인 복수의 제1 연마 피쳐(304g)를 가진 연마 패드 설계(300g)의 개략적인 픽셀 차트이다. 제1 연마 피쳐들(304g)은 동일한 폭의 동심 원들일 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐(들)(304g)의 피치가 방사상 방향을 따라 일정하도록, 제2 연마 피쳐(들)(306g)도 또한 동일한 폭을 가질 수 있다. 연마 동안, 제1 연마 피쳐(들)(304g) 사이의 채널들은 연마 슬러리를 보유하고, 연마 패드의 자신의 중심 축(즉, 동심 원들의 중심)에 대한 회전에 의해 발생되는 원심력으로 인한 연마 슬러리의 급속 손실을 방지한다.
도 3h는 동심 원들로 배열된 복수의 세그먼트화된 제1 연마 피쳐(304h)를 갖는 연마 패드 설계(300h)의 개략적인 픽셀 차트이다. 일 구현에서, 세그먼트화된 제1 연마 피쳐들(304h)은 실질적으로 동일한 길이를 가질 수 있다. 세그먼트화된 제1 연마 피쳐들(304h)은 복수의 동심 원을 형성할 수 있다. 각각의 원에서, 세그먼트화된 제1 연마 피쳐들(304h)은 각각의 동심 원 내에 균등하게 분포될 수 있다. 일 구현에서, 세그먼트화된 제1 연마 피쳐들(304h)은 방사상 방향으로 동일한 폭을 가질 수 있다. 일부 구현에서, 세그먼트화된 제1 연마 피쳐들(304h)은 동심 원의 반경에 관계없이 실질적으로 동일한 길이(예를 들어, 연마 패드의 중심 영역을 제외하고는 동등한 아크 길이)를 각각 가진다. 일 구현에서, 제2 연마 피쳐(들)(306h)는 복수의 동심 원 사이에 배치되고, 동심 원들의 피치가 일정하도록 동일한 폭을 가진다. 일 구현에서, 연마 패드의 자신의 중심 축에 대한 회전에 의해 발생되는 원심력 하에서 연마 슬러리가 연마 패드 밖으로 직접 유출되는 것을 방지하기 위해, 세그먼트화된 제1 연마 피쳐들(304h) 사이의 갭들이 원과 원 간에 엇갈리게 배치될 수 있다.
도 3i는 제2 연마 피쳐(들)(306i) 위에 배치된 나선형 제1 연마 피쳐들(304i)을 가진 연마 패드 설계(300i)의 개략적인 픽셀 차트이다. 도 3i에서, 연마 패드 설계(300i)는 연마 패드의 중심으로부터 연마 패드의 에지까지 연장되는 4개의 나선형 제1 연마 피쳐(304i)를 가진다. 4개의 나선형 연마 피쳐가 도시되어 있지만, 더 적거나 더 많은 수의 나선형 제1 연마 피쳐(304i)가 유사한 방식으로 배열될 수 있다. 나선형 제1 연마 피쳐들(304i)은 나선형 채널들을 정의한다. 일 구현에서, 나선형 제1 연마 피쳐들(304i) 각각은 일정한 폭을 가진다. 일 구현에서, 나선형 채널들도 또한 일정한 폭을 가진다. 연마 동안, 연마 슬러리를 나선형 채널들 내에 보유하기 위해, 연마 패드는 나선형 제1 연마 피쳐들(304i)의 방향에 반대되는 방향으로 중심 축에 대해 회전할 수 있다. 예를 들어, 도 3i에서, 나선형 제1 연마 피쳐들(304i) 및 나선형 채널들은 반시계 방향으로 형성되고, 따라서, 연마 동안, 연마 패드는 연마 슬러리를 나선형 채널들 내에 그리고 연마 패드 상에 보유하기 위해 시계 방향으로 회전될 수 있다. 일부 구현에서, 나선형 채널들 각각은 연마 패드의 중심으로부터 연마 패드의 에지까지 연속적이다. 이러한 연속적인 나선형 채널들은 임의의 연마 폐기물과 함께 연마 슬러리가 연마 패드의 중심으로부터 연마 패드의 에지까지 유동하는 것을 허용한다. 일 구현에서, 연마 패드는 나선형 제1 연마 피쳐들(304i)과 동일한 방향(예를 들어, 도 3i에서는 반시계 방향)으로 연마 패드를 회전시킴으로써 세정될 수 있다.
도 3j는 제2 연마 피쳐(들)(306j) 상에 나선형 패턴으로 배열되는 세그먼트화된 연마 피처들인 제1 연마 피쳐들(304j)을 갖는 연마 패드 설계(300j)의 개략적인 픽셀 차트이다. 제1 연마 피쳐들(304j)이 세그먼트화되고 제1 연마 피쳐들(304j)의 방사상 피치가 달라진다는 점을 제외하면, 도 3j에 예시된 진보된 연마 패드는 도 3i의 연마 패드와 유사하다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304j)의 방사상 피치는 연마 패드의 중심으로부터 연마 패드의 에지 영역으로 갈수록 감소한다.
도 3k는 제2 연마 피쳐(들)(306k)에 형성된 복수의 불연속 제1 연마 피쳐(304k)를 갖는 연마 패드 설계(300k)의 개략적인 픽셀 차트이다. 일 구현에서, 복수의 제1 연마 피쳐(304k) 각각은 도 3d에 예시된 구성과 유사하게 원통형 포스트 타입 구조물일 수 있다. 일 구현에서, 복수의 제1 연마 피쳐(304k)는 연마 표면의 평면에서 동일한 치수를 가질 수 있다. 일 구현에서, 복수의 제1 연마 피쳐(304k)는 동심 원들로 배열될 수 있다. 일 구현에서, 복수의 제1 연마 피쳐(304k)는 연마 표면의 평면에 대해 규칙적인 2D 패턴으로 배열될 수 있다.
도 3l은 제2 연마 피쳐(들)(306f) 위에 형성된 복수의 불연속 제1 연마 피쳐(304f)를 갖는 연마 패드 설계(300f)의 개략적인 픽셀 차트이다. 도 3l의 일부 제1 연마 피쳐들(304f)이 연결되어 하나 이상의 폐쇄된 원을 형성할 수 있다는 점을 제외하면, 도 3l의 연마 패드는 도 3k의 연마 패드와 유사하다. 하나 이상의 폐쇄된 원은 연마 동안 연마 슬러리를 보유하기 위해 하나 이상의 댐을 생성할 수 있다.
도 3a 내지 도 3l의 설계들에서의 제1 연마 피쳐들(304a-304f)은 동일한 재료 또는 동일한 재료 조성물들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 도 3a 내지 도 3l의 설계들에서의 제1 연마 피쳐들(304a-304f)의 재료 조성 및/또는 재료 속성들은 연마 피쳐와 연마 피쳐 간에 달라질 수 있다. 개별화된 재료 조성 및/또는 재료 속성들은 연마 패드들이 특정 요구에 대해 맞춤화되는 것을 허용한다.
도 4a는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 적층 제조 프로세스를 이용하여 변화하는 제타 전위의 영역들을 갖는 표면들을 가진 연마 패드를 형성하기 위해 이용될 수 있는 적층 제조 시스템(450)의 개략적인 단면도이다. 적층 제조 프로세스는 폴리젯 퇴적 프로세스(polyjet deposition process), 잉크젯 프린팅 프로세스(inkjet printing process), 용융 퇴적 모델링 프로세스(fused deposition modeling process), 바인더 분사 프로세스(binder jetting process), 파우더 베드 용융 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 프로세스(예를 들어, 3-D 프린팅 프로세스)를 포함할 수 있지만, 그에 한정되지는 않는다. 적층 제조 프로세스, 예컨대 3D 프린팅은 변화하는 제타 전위의 영역들을 가진 연마 패드들을 형성하는 데 특히 유용한 것으로 밝혀졌다.
적층 제조 시스템(450)은 프리커서 전달 섹션(453), 프리커서 제제 섹션(454) 및 퇴적 섹션(455)을 일반적으로 포함한다. 퇴적 섹션(455)은 연마 패드(200, 300-300l)를 형성하는 데 이용되는 적층 제조 디바이스, 또는 이후 프린팅 스테이션(400)을 일반적으로 포함할 것이다. 처리 동안, 연마 패드(200, 300-300l)는 프린팅 스테이션(400) 내에서 지지체(402) 상에 프린팅될 수 있다. 일부 실시예에서, 연마 패드(200, 300-300l)는, CAD(computer-aided design) 프로그램으로부터, 도 4a에 예시된 프린터(406A) 및 프린터(406B)와 같은 하나 이상의 액적 토출 프린터(406)를 이용하여 층별로 형성된다. 프린터들(406A, 406B) 및 지지체(402)는 프린팅 프로세스 동안 서로에 대해 이동할 수 있다.
액적 토출 프린터(406)는 액체 프리커서들을 분배하기 위한 하나 이상의 노즐(예를 들어, 노즐들(409-412))을 갖는 하나 이상의 프린트 헤드(408)를 포함할 수 있다. 도 4a의 구현에서, 프린터(406A)는 노즐(409)을 갖는 프린트 헤드(408A) 및 노즐(410)을 갖는 프린트 헤드(408B)를 포함한다. 노즐(409)은 제1 제타 전위를 가진 중합체 재료와 같은 제1 중합체 재료를 형성하기 위해 제1 액체 프리커서 조성물을 분배하도록 구성될 수 있는 한편, 노즐(410)은 제2 제타 전위를 가진 제2 중합체 재료를 형성하기 위해 제2 액체 프리커서를 분배하는 데 이용될 수 있다. 액체 프리커서 조성물들은 변화하는 제타 전위의 영역을 가진 연마 패드를 형성하기 위해 선택된 위치들 또는 영역들에서 분배될 수 있다. 이러한 선택된 위치들은, 나중에 전자 제어기(405)에 의해 판독되는 CAD 호환 파일로서 저장될 수 있는 타겟 프린팅 패턴을 집합적으로 형성하고, 전자 제어기는 액적 토출 프린터(406)의 노즐들로부터의 액적들의 전달을 제어한다.
전자 제어기(405)는 프린팅 스테이션(400)을 포함하는 적층 제조 시스템(450) 내의 컴포넌트들의 제어 및 자동화를 용이하게 하기 위해 일반적으로 이용된다. 전자 제어기(405)는 예를 들어 컴퓨터, 프로그램 가능 로직 제어기, 또는 임베디드 제어기일 수 있다. 전자 제어기(405)는 전형적으로 중앙 처리 유닛(CPU)(도시되지 않음), 메모리(도시되지 않음), 및 입력들 및 출력들(I/O)을 위한 지원 회로들(도시되지 않음)을 포함한다. CPU는, 다양한 시스템 기능들, 기판 이동, 챔버 프로세스들을 제어하기 위해 산업용 세팅들에서 이용되고, 지원 하드웨어(예를 들어, 센서들, 모터들, 가열기들 등)를 제어하고, 시스템에서 수행되는 프로세스들을 모니터링하는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리 또는 컴퓨터 판독가능 매체는 CPU에 연결되고, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소와 같은 쉽게 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 공급부들, 클록 회로들, 입력/출력 회로, 서브시스템, 및 그와 유사한 것을 포함할 수 있다. 전자 제어기(405)에 의해 판독가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령어들)은 적층 제조 시스템(450) 내의 컴포넌트들에 의해 어느 태스크가 수행가능한지를 결정한다. 일 구현에서, 프로그램은 전자 제어기(405)에 의해 판독가능한 소프트웨어이고, 액적 토출 프린터(406)로부터 전달되는 액적들의 전달과 위치지정의 모니터링, 실행 및 제어에 관련된 태스크들을 수행하기 위한 코드를 포함한다. 프로그램은 전자 제어기(405)에서 수행되는 다양한 프로세스 태스크들 및 다양한 시퀀스들과 함께, 프린팅 스테이션(400) 내에서의 컴포넌트들의 이동, 지지 및/또는 위치지정에 관련된 태스크들을 또한 포함할 수 있다.
3D 프린팅 후에, 연마 패드(200, 300-300l)는 적층 제조 시스템(450)의 퇴적 섹션(455) 내에 배치되는 경화 디바이스(420)의 이용에 의해 응고될 수 있다. 경화 디바이스(420)에 의해 수행되는 경화 프로세스는, 프린팅된 연마 패드를 경화 온도로 가열하거나, 패드를 하나 이상의 형태의 전자기 복사에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 일례에서, 경화 프로세스는, 프린팅된 연마 패드를 경화 디바이스(420) 내의 자외선 광원에 의해 발생된 자외선 복사(421)에 노출시킴으로써 수행될 수 있다.
적층 제조 프로세스는 상이한 재료들 및/또는 상이한 재료 조성물들로 형성된 불연속 피쳐들을 갖는 연마 패드들을 제조하기 위한 편리하고 고도로 제어가능한 프로세스를 제공한다. 일 구현에서, 적층 제조 프로세스를 이용하여 제1 제타 전위를 가진 피쳐들 및/또는 제2 제타 전위를 가진 피쳐들이 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 제타 전위를 가진 연마 패드의 피쳐들은 프린터(406B)의 노즐(412)로부터 분배되는 폴리우레탄 세그먼트들을 함유하는 제1 조성물로 형성될 수 있고, 연마 패드의 제2 제타 전위를 가진 피쳐들은 프린터(406A)의 노즐(410)로부터 분배되는 제2 조성물의 액적들로 형성될 수 있다. 또한, 제1 조성물의 액적들은 연마 패드의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 피쳐들을 형성하는 데 이용될 수 있고 제2 조성물의 액적들은 연마 패드의 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들을 형성하는 데 이용될 수 있다.
다른 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304) 및/또는 제2 연마 피쳐(들)(306)는 2개 이상의 조성물의 혼합물로 각각 형성될 수 있다. 일례에서, 제1 조성물은 제1 프린트 헤드, 예컨대 프린트 헤드(408A)에 의해 액적들의 형태로 분배될 수 있고, 제2 조성물은 제2 프린트 헤드, 예컨대 프린터(406A)의 프린트 헤드(408B)에 의해 액적들의 형태로 분배될 수 있다. 다수의 프린트 헤드들로부터 전달된 액적들의 혼합물로 제1 연마 피쳐들(304)을 형성하는 것은, 전자 제어기(405)에서 발견되는 퇴적 맵(deposition map) 내의 미리 결정된 픽셀들 상에 제1 연마 피쳐들(304)에 대응하는 픽셀들을 정렬하는 전형적으로 포함한다. 퇴적 맵은 일반적으로 각각의 조성물의 다양한 액적들이 퇴적된 층들(예를 들어, Z 방향으로 적층된 층들)의 스택 내에 층을 형성하기 위해 표면(예를 들어, X-Y 평면)을 가로질러 배치되어야 하는 위치의 표현이다. 그 후 프린트 헤드(408A)는 제1 연마 피쳐들(304)이 형성되어야 하는 곳에 대응하는 픽셀들과 정렬될 수 있고, 그 후 미리 결정된 픽셀들 상에 액적들을 분배할 수 있다. 따라서, 연마 패드는 제1 액적 조성물의 액적들을 퇴적시킴으로써 형성되는 제1 재료 조성물, 및 제2 액적 조성물의 액적들을 퇴적시킴으로써 형성되는 제2 재료 조성물을 포함하는 제2 재료로 형성될 수 있다.
도 4b는 연마 패드 제조 프로세스 동안의 연마 패드(300) 및 프린팅 스테이션(400)의 일부의 개략적인 클로즈업 단면도이다. 도 4b에 도시되어 있는 일례에서 예시된 바와 같은 프린팅 스테이션(400)은 층별 퇴적 프로세스에 의해 연마 패드(300)의 일부를 순차적으로 형성하기 위해 이용되는 2개의 프린터(406A 및 406B)를 포함한다. 도 4b에 도시된 진보된 연마 패드(300)의 부분은 예를 들어 최종적으로 형성되는 연마 패드(300)의 제1 연마 피쳐(304) 또는 제2 연마 피쳐(들)(306) 중 어느 하나의 일부를 포함할 수 있다. 처리 동안 프린터들(406A 및 406B)은 지지체(402)의 제1 표면에 액적들 "A" 또는 "B"를 각각 전달하고, 그 후 연속하여 층별 프로세스에서 지지체(402) 상에 배치되는 성장하는 연마 패드의 표면에 전달하도록 구성된다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 지지체(402) 상에 형성된 제1 층(446) 위에 제2 층(448)이 퇴적된다. 일 구현에서, 제2 층(448)은 패드 제조 프로세스에서 프린터들(406A 및 406B)의 다운스트림에 배치되는 경화 디바이스(420)에 의해 처리된 제1 층(446) 위에 형성된다.
일부 구현에서, 프린터들(406A 및 406B) 중 하나 이상이 이전에 형성된 제1 층(446)의 표면(446A) 상에 액적들 "A" 및/또는 "B"를 퇴적하고 있는 동안, 제2 층(448)의 부분들은 경화 디바이스(420)에 의해 동시에 처리될 수 있다는 점에 주목할 것이다. 이 경우, 현재 형성되고 있는 층은 경화 구역(449A)의 양측에 배치되는 처리된 부분(448A) 및 처리되지 않은 부분(448B)을 포함할 수 있다. 처리되지 않은 부분(448B)은, 프린터들(406B 및 406A)을 각각 이용하여 이전에 형성된 제1 층(446)의 표면(446A) 상에 퇴적되는, 분배된 액적들(443 및 447)과 같은 분배된 액적들의 어레이를 일반적으로 포함한다.
도 4c는 도 4b에 예시된 바와 같이, 이전에 형성된 제1 층(446)의 표면(446A) 상에 배치되는 분배된 액적(443)의 클로즈업 단면도이다. 분배된 액적(443) 내의 재료들의 속성들에 기초하여, 그리고 표면(446A)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 확산의 양은 이 액적이 표면(446A) 상에 퇴적되는 순간부터 시간의 함수로서 달라질 것이다. 그러나, 매우 짧은 시간 기간(예를 들어, <1 초) 후에, 액적의 확산은 평형 크기에 도달할 것이고, 접촉 각도 α를 가질 것이다. 분배된 액적이 표면에 걸쳐 확산되는 것은 성장하는 연마 패드의 표면 상에서의 액적들의 배치의 레졸루션에 영향을 미치고, 따라서 최종 연마 패드의 다양한 영역들 내에서 발견되는 피쳐들 및 조성물들의 레졸루션에 영향을 미친다.
일부 구현에서, 액적들 "A" 및 "B"가 분배되고 있을 때 이 액적들을 동시에 노출시켜, 액적이 기판의 표면 상에서 통상의 경화되지 않은 평형 크기로 확산될 기회를 갖기 전에 액적을 원하는 크기로 경화 또는 "고정(fix)"시키는 것이 바람직하다. 이 경우, 경화 디바이스(420)에 의해, 분배된 액적, 및 이 액적이 배치되는 표면에 공급되는 에너지, 및 액적의 재료 조성은 분배된 액적 각각의 레졸루션을 제어하도록 조정된다. 그러므로, 3D 프린팅 프로세스 동안 제어하거나 튜닝하기 위한 하나의 파라미터는 분배된 액적이 배치되는 표면에 대한 이러한 액적의 표면 장력의 제어이다. 또한, 아래에 추가로 논의되는 바와 같이, 일부 구현에서, 경화 프로세스의 동역학(kinetics)을 제어하고, 산소 억제(oxygen inhibition)를 방지하고/하거나, 액적이 퇴적되는 표면 상에서의 액적의 접촉 각도를 제어하기 위해 하나 이상의 개시제(예를 들어, 광개시제)을 액적의 제제에 첨가하는 것이 바람직하다.
프린팅 프로세스 동안 각각의 분배된 액적을 부분적으로만 경화시켜 표면 속성들 및 치수 크기를 "고정"시키는 것이 바람직한 것으로 밝혀졌다. 액적을 바람직한 크기로 "고정"시키는 능력은, 프린팅 프로세스 동안 원하는 양의 하나 이상의 광개시제를 액적의 재료 조성물에 첨가하고, 경화 디바이스(420)로부터 충분한 양의 에너지를 전달함으로써 달성될 수 있다. 일부 구현에서, 액적 분배 및 가산적 층 형성 프로세스 동안 약 1 mJ/cm2(milli-joule per centimeter squared) 내지 100 mJ/cm2, 예컨대 약 10-15 mJ/cm2의 자외선(UV) 광을 전달할 수 있는 경화 디바이스(420)를 이용하는 것이 바람직하다. UV 복사는, 수은 마이크로파 아크 램프들(mercury microwave arc lamps), 펄스화된 크세논 플래시 램프들, 고효율 UV 발광 다이오드 어레이들, 및 UV 레이저들과 같은 임의의 UV 소스에 의해 제공될 수 있다. UV 복사는 약 170 nm 내지 약 400 nm의 파장을 가질 수 있다.
일부 구현에서, 분배된 액적들 "A", "B"의 크기는 약 10 내지 약 100 미크론, 예컨대 50 내지 약 70 미크론일 수 있다. 액적이 분배되는 기판 또는 중합체 층의 표면 에너지(다인(dynes))에 의존하여, 경화되지 않은 액적은 약 10 내지 약 500 미크론, 예컨대 약 50 내지 약 200 미크론의 고정된 액적 크기(443A)로 표면 상에 그리고 표면에 걸쳐 확산될 수 있다. 이러한 액적의 높이는, 표면 에너지, 습윤(wetting), 및/또는 유동제들(flow agents), 증점제들(thickening agents), 및 계면활성제들과 같은 다른 첨가제들을 포함할 수 있는 수지 조성물과 같은 요인 인자들에 다시 의존하여, 약 5 내지 약 100 미크론일 수 있다. 상기 첨가제들에 대한 하나의 소스는 독일 Geretsried의 BYK-Gardner GmbH이다.
분배된 액적이 약 1초 미만, 예컨대 약 0.5초 미만의 시간 내에 "고정"되는 것을 허용하도록 광개시제, 액적 조성물 내의 광개시제의 양, 및 경화 디바이스(420)에 의해 공급되는 에너지의 양을 선택하는 것이 일반적으로 바람직하다. 이러한 짧은 시간 프레임 내에서 액적을 "고정"시키기 위한 노력으로, 액적 토출 프린터(406)의 분배 노즐은 연마 패드의 표면으로부터 짧은 거리에, 예컨대 0.1 내지 10 밀리미터(mm), 또는 심지어는 0.5 내지 1 mm에 위치되고, 한편 연마 패드의 표면(446A) 및 노즐은 경화 디바이스(420)로부터 전달되는 자외선 복사(421)에 노출된다. 또한, 액적 조성, 이전에 형성된 층의 경화의 양(예를 들어, 이전에 형성된 층의 표면 에너지), 경화 디바이스(420)로부터의 에너지의 양, 및 액적 조성물 내의 광개시제의 양을 제어함으로써, 액적의 접촉 각도 α를 제어하여, 고정된 액적 크기를 제어하고, 따라서 프린팅 프로세스의 레졸루션을 제어할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 고정된, 또는 적어도 부분적으로 경화된 액적은 본 명세서에서 경화된 액적이라고도 지칭된다. 일부 구현에서, 고정된 액적 크기(443A)는 약 10 내지 약 200 미크론이다. 일부 구현에서, 접촉 각도는 바람직하게는 적어도 50°, 예컨대 55° 초과, 또는 심지어는 60° 초과의 값으로 제어될 수 있다.
다음의 하부 층을 형성하는 분배된 액적의 표면의 경화의 양은 연마 패드 형성 프로세스 파라미터이다. 이러한 "초기 도즈(initial dose)"에서의 경화의 양은 분배된 액적들의 후속 층이 프린팅 프로세스 동안 노출될 표면 에너지에 영향을 미칠 수 있다. 초기 경화 도즈의 양은 형성된 연마 패드에서 각각의 퇴적된 층이 최종적으로 달성할 경화의 양에 영향을 미칠 수 있는데, 이는 각각의 퇴적된 층 위에 후속하여 퇴적되는 층들이 성장될 때 이러한 후속 퇴적 층들을 통해 공급되는 추가적인 투과된 경화 복사에 각각의 퇴적된 층이 반복적으로 노출되기 때문이다. 과도한 경화는 과도하게 경화된 재료들의 재료 속성들에 영향을 미칠 것이기 때문에, 형성된 층을 과도하게 경화시키지 않는 것이 일반적으로 바람직하지 않다는 점에 주목할 것이다. 분배된 액적의 예시적인 10 미크론 두께 층의 중합을 초래하기 위한 UV 복사 노출 시간은 약 0.1초 내지 약 1초의 노출 동안 형성될 수 있고 UV 복사의 강도는 약 10 내지 약 15 mJ/cm2일 수 있다.
일부 구현에서, 초기 경화 프로세스, 또는 분배된 액적들의 퇴적된 층을 경화 디바이스(420)에 의해 제공되는 에너지에 직접 노출시켜 이 층이 원하는 양만큼 부분적으로만 경화하게 하는 프로세스 동안, 경화 디바이스(420)로부터 전달되는 에너지의 양 및 액적 조성을 제어하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 형성된 층의 표면 에너지를 제어하는 것은 후속하여 프린팅된 층에서 분배된 액적 크기를 제어하는 데에 관련 있으므로, 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 아크릴레이트 함유 층을 형성하는 데 이용되는 분배된 액적에서 발견되는 아크릴레이트들의 전환은 다음의 수학식에 의해 계산되는 백분율 x에 의해 정의되는데:
x = 1 - [(AC=C/AC=O)x/(AC=C/AC=O)0] ,
FT-IR 분광법을 이용하여 발견되는 1700 cm-1에서의 피크들이다. AC=C/AC=O 비율은 경화된 액적 내에서의 C=C 대 C=O 결합들의 상대적인 비율을 지칭하고, 따라서 (AC=C/AC=O)0는 액적 내의 AC=C 대 AC=O의 초기 비율을 나타내는 한편, (AC=C/AC=O)x는 액적이 경화된 후의 기판의 표면 상에서의 AC=C 대 AC=O의 비율을 나타낸다. 일부 구현에서, 층이 초기에 경화되는 양은 분배된 액적에서 배치되는 재료의 약 70% 이상일 수 있다. 일부 구성들에서는, 약 70-80%의 레벨로 초기 층 형성 단계 동안 분배된 액적 내의 재료를 부분적으로 경화시키는 것이 바람직할 수 있다.
아래에 추가로 논의되는 바와 같이, 동일한 또는 상이한 재료, 기계적 또는 동적 속성들을 갖는 층들을 형성하기 위해 분배된 액적의 혼합물, 또는 분배된 액적들의 위치지정이 층별로 조정될 수 있다. 일례에서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 분배된 액적들의 혼합물은 분배된 액적들(443, 447)의 50:50 비율을 포함하고, 여기서 분배된 액적(443)은 분배된 액적(447)에서 발견되는 재료와는 상이한 적어도 하나의 재료를 포함한다. 제1 연마 피쳐들(304) 및/또는 제2 연마 피쳐(들)(306)와 같은 복합 패드 바디(302)의 부분들의 속성들은 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 총 조성물 중량을 기준으로 하여 약 1 중량% 내지 총 조성물 중량을 기준으로 하여 약 100%일 수 있다. 유사한 방식으로, 제2 조성물은 총 조성물 중량을 기준으로 하여 약 1 중량% 내지 총 조성물 중량을 기준으로 하여 약 100%일 수 있다. 제타 전위, 경도 및/또는 저장 탄성률과 같이, 원하는 재료 속성들에 종속하여, 2개 이상의 재료의 조성물들이 상이한 비율들로 혼합되어 원하는 효과를 달성할 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 피쳐들(304) 및/또는 제2 연마 피쳐(들)(306)의 조성은 적어도 하나의 조성물 또는 조성물들의 혼합물, 및 하나 이상의 프린터에 의해 분배되는 액적들의 크기, 위치, 속도, 및/또는 밀도를 선택함으로써 제어된다. 그러므로, 전자 제어기(405)는, 형성되고 있는 연마 패드의 표면 상에 원하는 밀도 및 패턴으로 위치된 상호맞물린 액적들(interdigitated droplets)을 갖는 층을 형성하기 위해 노즐들(409-410, 411-412)을 위치시키도록 일반적으로 적응되어 있다.
본 명세서에서는 제1 연마 피쳐들(304) 및/또는 제2 연마 피쳐(들)(306)을 형성하기 위해 2개의 조성물만이 일반적으로 논의되지만, 본 개시내용의 구현들은 조성 경사들을 갖고 상호연결되는 복수의 재료들을 이용하여 연마 패드 상에 피쳐들을 형성하는 것을 포괄한다. 일부 구성들에서, 연마 패드에서의 제1 연마 피쳐들(304) 및/또는 제2 연마 피쳐(들)(306)의 조성은, 아래에 추가로 논의되는 바와 같이, 연마 패드의 두께를 통하여 및/또는 연마 표면에 평행한 평면 내에서 조정된다.
제타 전위 경사들을 형성하는 능력과 연마 패드 내에서, 그리고 연마 패드에 걸쳐 국부적으로 화학적 함량을 튜닝하는 능력은 도 4b에 예시된 액적들 "A" 및/또는 "B"를 형성하는 데 이용되는 3D 프린팅 분야들에서 "잉크 분사가능한(ink jettable)" 낮은 점도 조성물들, 또는 낮은 점도 "잉크들"에 의해 가능해진다. 낮은 점도 잉크들은 "예비-중합체(pre-polymer)" 조성물들이고 복합 패드 바디(302)에서 발견되는 형성된 제1 연마 피쳐들(304) 및 제2 연마 피쳐(들)(306)에 대한 "프리커서들"이다. 그러므로 낮은 점도 잉크들은 종래의 기술들(예를 들어, 성형 및 주조)에 의해서는 이용가능하지 않은 매우 다양한 화학물질들 및 불연속 조성물들의 전달을 가능하게 하고, 따라서 제어된 조성 전이들 또는 제타 전위 경사들이 복합 패드 바디(302)의 상이한 영역들 내에 형성되는 것을 가능하게 한다. 이것은 점도 희석 반응성 희석제들(viscosity thinning reactive diluents)을 고점도 관능성 올리고머들 및 제타 전위 조절제들에 첨가 및 혼합하여 적절한 점도 제제를 달성하고, 그에 후속하여, UV 복사 및/또는 열과 같이, 경화 디바이스(420)에 의해 전달되는 경화 에너지에 노출될 때 희석제(들)를 더 고점도의 관능성 올리고머들 및 제타 전위 조절제들과 공중합하는 것에 의해 달성된다. 반응성 희석제들은 또한 용매의 역할을 할 수 있고, 따라서 각각의 단계에서 전형적으로 제거되는 불활성의 비반응성 용매들 또는 희석제들(thinners)의 이용을 제거할 수 있다.
도 4a의 프리커서 전달 섹션(453) 및 프리커서 제제 섹션(454)을 참조하면, 일 구현에서, 제1 제타 전위 조절제 프리커서(452), 제1 프리커서(456), 및 선택적으로 제2 프리커서(457)을 희석제(458)와 혼합하여 제1 프린팅가능 잉크 조성물(459)을 형성하고, 이 잉크 조성물은 프린터(406B)의 저장소(404B)에 전달되고, 패드 바디(202)의 부분들을 형성하기 위해 이용된다. 유사하게, 제2 제타 전위 조절제 프리커서(465), 제3 프리커서(466), 및 선택적으로 제4 프리커서(467)을 희석제(468)와 혼합하여 새로운 제2 프린팅가능 잉크 조성물(469)을 형성할 수 있고, 이 잉크 조성물은 프린터(406A)의 저장소(404A)에 전달되고, 패드 바디(202)의 다른 부분을 형성하기 위해 이용된다. 일부 구현에서, 제1 프리커서(456)와 제3 프리커서(466)는 각각 올리고머, 예컨대 다관능성 올리고머를 포함하고, 제2 프리커서(457)와 제4 프리커서(467)는 각각 다관능성 단량체를 포함하고, 희석제(458)와 희석제(468)는 각각 반응성 희석제(예를 들어, 단량체) 및/또는 개시제(예를 들어, 광개시제)를 포함하고, 제1 제타 전위 조절제 프리커서(452)와 제2 제타 전위 조절제 프리커서(465)는 다른 단량체들 및 올리고머들과 혼성중합화하고 제타 전위를 조절하는 부류의 단량체들/올리고머들을 포함한다.
도 5a 내지 도 5d는 프린팅 스테이션(400) 내에 형성되는 연마 패드의 하나 이상의 영역을 가로질러 제타 전위의 경사를 포함하는 연마 패드의 픽셀 차트들(500a-500d)의 예들을 제공한다. 도 5a 내지 도 5d에서, 백색 픽셀 마크들은 제1 재료의 분배된 액적이 분배되는 곳을 개략적으로 예시하기 위해 의도되는 한편, 흑색 픽셀 마크들은 연마 패드를 형성하기 위해 이용되는 하나 이상의 층 내에 어떠한 재료도 분배되지 않는 곳을 예시한다. 이러한 기술들의 이용에 의해, 완전한 연마 패드의 적어도 일부를 형성하기 위해 이용되는 프린팅된 층들 중 하나 이상의 프린팅된 층에는, 경화된 재료, 또는 복수의 경화된 액적에 의해 형성되는 재료에서의 조성 경사들이 형성될 수 있다. 연마 패드 내의 프린팅된 층들 중 하나 이상의 프린팅된 층의 맞춤화된 조성은 연마 패드의 전체 기계적 속성들을 조정 및 맞춤화하기 위해 이용될 수 있다. 연마 피쳐들의 조성은 임의의 적합한 패턴으로 달라질 수 있다는 점에 주목해야 한다. 본 명세서에 설명된 연마 패드들은 2가지 종류의 재료로 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 3가지 이상의 종류의 재료를 포함하는 연마 패드들도 본 개시내용의 범위 내에 있으므로, 이러한 구성은 본 명세서에 제공된 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 의도되지는 않는다. 도 3a 내지 도 3l의 연마 패드들과 같은 연마 패드의 임의의 설계들에서의 연마 피쳐들의 조성들은 도 5a 내지 도 5f의 연마 패드들과 유사한 방식으로 달라질 수 있다는 점에 주목해야 한다.
도 5a 및 도 5b는 제1 연마 피쳐들(304) 및 하나 이상의 제2 연마 피쳐(들)(306)의 부분들을 포함하는 연마 패드 내의 프린팅된 층의 픽셀 차트들을 반영하는 흑백 비트맵 이미지들이다. 도 5a 및 도 5b에서, 백색 픽셀 마크들은 제1 재료의 액적이 분배되는 곳인 한편, 흑색 픽셀 마크들은 어떠한 재료도 분배 및 경화되지 않는 곳이다. 도 5a는 연마 패드(300) 내의 층의 제1 부분의 픽셀 차트(500a)이고, 도 5b는 동일한 연마 패드의 제2 부분의 픽셀 차트(500b)이다. 제1 부분은 픽셀 차트(500a)에 따라 제1 프린트 헤드에 의해 분배될 수 있고, 제2 부분은 픽셀 차트(500b)에 따라 제2 프린트 헤드에 의해 분배될 수 있다. 2개의 프린트 헤드는 픽셀 차트들(500a, 500b)을 함께 중첩하여, 불연속 연마 피쳐들을 포함하는 하나 이상의 층을 형성한다. 연마 패드의 에지 영역 근처에 있는 연마 피쳐들은 제2 재료보다 제1 재료를 더 많이 포함한다. 연마 패드의 중심 영역 근처에 있는 연마 피쳐들은 제1 재료보다 제2 재료를 더 많이 포함한다. 이러한 예에서, 각각의 연마 피쳐는 제1 재료와 제2 재료의 고유한 조합을 가진다. 그러므로, 픽셀 차트들의 이용에 의해, 연마 바디는 연마 패드의 원하는 연마 성능을 달성하기 위해 연마 바디에서 재료 조성에서의 원하는 제타 전위 경사가 달성되도록 순차적으로 형성될 수 있다.
도 5c 및 도 5d는 피쳐들을 갖는 연마 패드의 픽셀 차트들(500c, 500d)이다. 일부 구현에서, 도 5c는 연마 패드의 제1 부분의 픽셀 차트(500c)이고, 도 5d는 동일한 연마 패드의 제2 부분의 픽셀 차트(500d)이다. 도 5c 및 도 5d에 따른 연마 패드는, 연마 바디의 재료 조성에서의 경사가 연마 패드에 걸쳐 좌측과 우측 간에 달라진다는 점을 제외하면, 도 5a 및 도 5b의 연마 패드와 유사하다.
도 5e는 연마 표면(508)에 걸쳐(예를 들어, Y 방향) 제타 전위의 경사를 갖는 연마 표면(508)을 형성하기 위해 적층 제조 프로세스를 이용하여 형성되는 웹 기반 연마 패드(500e)의 개략도이다. 도 5e에 도시된 바와 같이, 연마 재료는 제1 롤(581)과 제2 롤(582) 사이에 플래튼(102) 위에 배치될 수 있다.
도 5f는 Z 방향으로 제타 전위의 경사를 갖는 연마 베이스 층(591)을 형성하기 위해 적층 제조 프로세스를 이용하여 형성되는 연마 패드(500f)의 개략적인 측단면도이다. 연마 베이스 층(591)의 적층된 프린팅된 층들의 제타 전위의 경사는 하나의 방향으로 고농도에서 저농도로 또는 그 반대로 달라질 수 있다. 일례에서, 적층된 프린팅된 층들은 상기 적층 제조 프로세스의 이용에 의해 Z 방향으로 순차적으로 적층된다. 일부 경우들에서, 연마 패드를 갖는 하나 이상 영역은 X, Y 및 Z 방향들과 같은, 하나 이상의 방향으로 고/저/고 또는 저/고/저 농도 경사와 같은, 더 복합적인 농도 경사들을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 연마 패드(500f)는, 제1 연마 피쳐(304) 및 제2 연마 피쳐(306)를 적어도 포함하는 불연속 영역들을 포함할 수 있는 연마 피쳐 영역(594)을 포함할 수 있다. 일례에서, 연마 피쳐 영역(594)은 도 3a 내지 도 3l에 도시된 구조물들 중 하나 이상을 포함하는 패드 바디(202)의 일부를 포함할 수 있다.
일 구현에서, 연마 베이스 층(591)은 연마 베이스 층(591) 내에 형성된 각각의 층에 2개 이상의 상이한 재료의 균질 혼합물을 포함한다. 일례에서, 균질 혼합물은 연마 베이스 층(591) 내에 형성된 각각의 층에 제1 연마 피쳐(304) 및 제2 연마 피쳐(306)를 형성하기 위해 이용되는 재료들의 혼합물을 포함할 수 있다. 일부 구성들에서, 층 성장 방향(예를 들어, 도 4b의 Z 방향)으로 제타 전위의 경사를 형성하기 위해 재료들의 균질 혼합물의 조성을 층별로 변화시키는 것이 바람직하다. 균질 혼합물이라는 어구는, 각각의 층 내에 적어도 2개의 상이한 조성물을 갖는 프린팅된 액적들을 분배하고 경화시킴으로써 형성되었고, 따라서 액적 토출 프린터(406)의 원하는 레졸루션으로 크기가 각각 정해지는 적어도 2개의 상이한 조성물의 작은 영역들의 혼합물을 포함할 수 있는 재료를 일반적으로 설명하기 위해 의도된다. 연마 베이스 층(591)과 연마 피쳐 영역(594) 사이의 계면은 연마 베이스 층(591)의 상부 표면 및 연마 피쳐 영역(594)의 하부 표면에서 발견되는 재료들의 균질 블렌드를 포함할 수 있거나, 또는 연마 피쳐 영역(594)의 제1 퇴적된 층 내의 상이한 재료 조성물이 연마 베이스 층(591)의 표면 상에 직접 퇴적되는 불연속 전이(discrete transition)를 포함할 수 있다.
연마 피쳐 영역(594), 또는 더 일반적으로는 위에서 설명된 패드 바디들(302) 중 임의의 것의 일부 구현에서는, 연마 패드의 연마 표면에 수직인 방향으로 제1 연마 피쳐들(304) 및/또는 제2 연마 피쳐(들)(306) 내에 제타 전위의 경사를 형성하는 것이 바람직하다. 일례에서, (예를 들어, 연마 표면의 반대편의) 연마 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에 높은 제타 전위의 영역들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 연마 패드의 연마 표면 근처의 프린팅된 층들 내에 낮은 제타 전위의 영역들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 다른 예에서, 연마 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에 낮은 제타 전위의 영역들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 연마 패드의 연마 표면 근처의 프린팅된 층들 내에 높은 제타 전위의 영역들을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다.
일 구현에서, 연마 패드의 연마 표면에 수직인 방향으로 제1 및/또는 제2 연마 피쳐들을 형성하기 위해 이용되는 재료 내에 재료 조성의 경사를 형성하는 것이 바람직하다. 일례에서, (예를 들어, 연마 표면의 반대편의) 연마 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에 제2 연마 피쳐(들)(306)를 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 연마 패드의 연마 표면 근처의 프린팅된 층들 내에 제1 연마 피쳐들(304)을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 다른 예에서, 연마 패드의 베이스 근처의 프린팅된 층들 내에 제1 연마 피쳐들(304)을 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도들을 갖고, 연마 패드의 연마 표면 근처의 프린팅된 층들 내에 제2 연마 피쳐(들)(306)를 형성하기 위해 이용되는 재료 조성물의 더 높은 농도를 갖는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1 층은 1:1의 제1 프린팅된 조성물 대 제2 프린팅된 조성물의 비율을 가질 수 있고, 제2 층에서는 2:1의 제1 프린팅된 조성물 대 제2 프린팅된 조성물의 비율을 가질 수 있고, 제3 층에서는 3:1의 제1 프린팅된 조성물 대 제2 프린팅된 조성물의 비율을 가질 수 있다. 경사는 퇴적된 층의 평면 내에서의 프린팅된 액적들의 배치를 조정함으로써 단일 층의 상이한 부분들 내에 또한 형성될 수 있다.
도 6은 본 개시내용의 구현에 따른 제타 전위의 경사(340 →350)를 포함하는 연마 패드(600)의 일부의 개략적인 측단면도이다. 연마 패드(600)는 3D 프린팅된 연마 패드의 제2 연마 피쳐(들)(306)와 유사한 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료인 제2 연마 피쳐(602)를 포함한다. 제2 연마 피쳐(들)(306)과 유사하게, 제2 연마 피쳐(602)는 폴리우레탄 및 지방족 세그먼트들을 포함할 수 있는 하나 이상의 엘라스토머 중합체 조성물로 형성될 수 있다. 연마 패드(600)는 제2 연마 피쳐(602)로부터 연장되는 복수의 표면 피쳐(606)를 포함한다. 표면 피쳐들(606)의 외측 표면들(608)은 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료, 또는 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 재료들의 조성물로 형성될 수 있다.
일 구현에서, 표면 피쳐들(606)의 외측 표면들(608)은 제2 연마 피쳐(602)와 동일한 재료 또는 동일한 재료 조성물로 형성될 수 있다. 표면 피쳐들(606)은 또한 그 안에 임베드된 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들(604)을 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 중합체 조성물들 및 방향족 기들을 함유하는 조성물들을 포함하여, 연마 패드의 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들(604)의 재료 또는 재료들과 유사한 재료들로 형성될 수 있다. 임베드된 경질 또는 높은 저장 탄성률 E' 피쳐들(604)은 표면 피쳐들(606)의 유효 경도를 변경하고, 따라서 연마을 위해 원하는 타겟 패드 경도를 제공한다. 외측 표면들(608)의 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 중합체 층은 연마 중인 기판 상에서 평탄화를 개선하고 결함들을 감소시키기 위해 이용될 수 있다. 대안적으로, 연질 또는 낮은 저장 탄성률 E' 중합체 재료가 본 개시내용의 다른 연마 패드들의 표면들 상에 프린팅되어, 동일한 이점을 제공할 수 있다.
도 7은 본 개시내용의 구현에 따른, 하나 이상의 관측 윈도우(710)를 가진 연마 패드(700) 및 그 안에 형성된 제타 전위의 경사(340 →350)의 개략적인 사시 단면도이다. 연마 패드(700)는 패드 바디(702)를 가질 수 있다. 패드 바디(702)는 하나 이상의 제2 연마 피쳐(706) 및 연마를 위해 제2 연마 피쳐들(706)로부터 연장되는 복수의 제1 연마 피쳐(704)를 포함할 수 있다. 제2 연마 피쳐들(706) 및 제1 연마 피쳐들(704)은 연마 패드(300)의 제2 연마 피쳐(들)(306) 및 제1 연마 피쳐들(304)을 위한 것들과 유사한 재료들로 형성될 수 있다. 제1 연마 피쳐들(704)은 본 개시내용에 따른 임의의 적합한 패턴들로 배열될 수 있다.
하나 이상의 관측 윈도우(710)는 연마되고 있는 기판의 관측을 허용하기 위해 투명 재료 또는 조성물들로 형성될 수 있다. 하나 이상의 관측 윈도우(710)는 제2 연마 피쳐들(706) 또는 제1 연마 피쳐들(704)을 통하여, 및/또는 이러한 피처들의 부분들 주위에 형성될 수 있다. 일부 구현에서, 하나 이상의 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 투명도(optical clarity)는 종료점 검출 시스템의 광 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 투과율을 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 구현에서, 하나 이상의 관측 윈도우(710)는 280 내지 399nm의 파장들에서 35% 초과의 투과율, 그리고 400 내지 800nm의 파장들에서 70% 초과의 투과율을 갖는 재료로 형성된다. 일부 구현에서, 하나 이상의 관측 윈도우(710)는, 공기/윈도우/물 계면으로부터의 반사를 감소시키고 하나 이상의 관측 윈도우(710)를 통한 기판으로의/으로부터의 광의 투과를 개선하기 위해 높은 광학적 투명도를 가지며 연마 슬러리의 굴절률과 대략 동일한 낮은 굴절률을 가진 재료로 형성된다.
일 구현에서, 하나 이상의 관측 윈도우(710)는 폴리메틸 메타크릴레이트(PMMA)를 포함하는 투명한 프린팅된 재료로 형성될 수 있다. 다른 구현에서, 윈도우는 에폭시드 기들을 함유하는 투명 중합체 조성물들을 이용하여 형성되며, 여기서 조성물들은 양이온 경화를 이용하여 경화될 수 있고, 추가의 투명도 및 더 적은 수축을 제공할 수 있다. 유사한 구현에서, 윈도우는 양이온 경화 및 자유 라디칼 경화 둘 다를 겪는 조성물들의 혼합물로 형성될 수 있다. 다른 구현에서, 윈도우는 다른 프로세스에 의해 생성될 수 있고, 3D 프로세스에 의해 형성되는 연마 패드 내의 미리 형성된 오리피스 또는 영역 내로 기계적으로 삽입될 수 있다.
도 8은 본 개시내용의 구현에 따른, 후면 층(806) 및 제타 전위의 경사를 포함하는 연마 패드(800)의 개략적인 사시 단면도이다. 후면 층(806)은 지지 발포체 층일 수 있다. 연마 패드(800)는 제2 연마 피쳐(804) 및 제2 연마 피쳐(804)로부터 돌출하는 복수의 제1 연마 피쳐(802)를 포함한다. 연마 패드(800)는 제2 연마 피쳐(804)에 부착된 후면 층(806)을 제외하고는 본 명세서에 설명된 연마 패드들 중 임의의 것과 유사할 수 있다. 후면 층(806)은 연마 패드(800)에 대해 원하는 압축성을 제공할 수 있다. 후면 층(806)은 또한 원하는 경도를 달성하고/하거나 원하는 저장 탄성률 E' 및 손실 탄성률 E"를 갖도록 연마 패드(800)의 전체적인 기계적 속성들을 변경하기 위해 이용될 수 있다. 후면 층(806)은 80 미만의 쇼어 A 스케일의 경도 값을 가질 수 있다.
일 구현에서, 후면 층(806)은 폴리우레탄 또는 폴리실록산(실리콘)과 같은 개방 셀(open-cell) 또는 폐쇄 셀(closed-cell) 발포체로 형성될 수 있고, 따라서 압력 하에서, 셀들이 붕괴되고 후면 층(806)이 압축된다. 다른 구현에서, 후면 층(806)은 천연 고무, EPDM 고무(에틸렌 프로필렌 디엔 단량체), 니트릴, 또는 네오프렌(폴리클로로프렌)으로 형성될 수 있다.
도 9는 다수의 구역을 가진 연마 패드(900)의 개략적인 단면도이다. 연마 패드(900)는 연마 동안 기판의 중앙 영역에 접촉하는 영역들 및 기판의 에지 영역들에 접촉하는 영역들에서 상이한 속성들을 갖도록 설계될 수 있다. 도 9는 연마 패드(900)에 관련하여 기판(110)을 위치시키는 캐리어 헤드(108)을 개략적으로 예시한다. 일 구현에서, 연마 패드(900)는 후면 층(904) 상에 배치된 복합 패드 바디(902)를 포함할 수 있다. 복합 패드 바디(902)는 3D 프린팅에 의해 제조될 수 있다. 도 9에 도시된 바와 같이, 연마 패드(900)는 연마 패드의 반경을 따라 외측 에지 구역(906), 중앙 구역(908) 및 내측 에지 구역(910)으로 나누어질 수 있다. 외측 에지 구역(906) 및 내측 에지 구역(910)은 연마 동안 기판(110)의 에지 영역에 접촉하는 한편, 중앙 구역(908)은 연마 동안 기판의 중앙 영역에 접촉한다.
연마 패드(900)는 에지 연마 품질을 개선하기 위해 중앙 구역(908)으로부터 에지 구역들(906, 910) 상의 표면을 따라 상이한 표면 속성들, 예컨대 제타 전위를 가진다. 일 구현에서, 에지 구역들(906, 910)은 중앙 구역(908)과는 상이한 제타 전위를 가질 수 있다.
도 10은 외측 에지 구역(906)과 중앙 구역(908)을 위한 예시적인 설계들을 보여주는 연마 패드(900)의 부분 확대된 단면도이다. 외측 에지 구역(906)은 베이스 재료 층(1006)과 복수의 표면 피쳐(1002)를 포함한다. 표면 피쳐들(1004)은 베이스 재료 층(1006)보다 더 경질의 재료들로 형성될 수 있다. 중앙 구역(908)은 베이스 재료 층(1008)과 복수의 표면 피쳐(1004)을 포함한다. 표면 피쳐들(1002)은 베이스 재료 층(1006)과는 상이한 제타 전위를 가진 재료들로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 중앙 구역(908)은 베이스 재료 층(1008) 아래에 로킹 층(1010)을 포함할 수 있다. 복수의 표면 피쳐(1004)는 안정성을 개선하기 위해 로킹 층(1010) 상에 프린팅될 수 있다. 도 10에 도시된 바와 같이, 중앙 구역(908)에서의 표면 피쳐들(1002)은 외측 에지 구역(906)에서의 표면 피쳐들(1004)보다 크기가 더 크다. 일 실시예에서, 외측 에지 구역(906)에서의 표면 피쳐들(1004)의 피치는 중앙 구역(908)에서의 표면 피쳐들(1002)의 피치보다 작을 수 있다.
예시적인 제제들:
본 명세서에 설명된 연마 제품들은 적어도 하나의 예비-중합체 조성물로 형성될 수 있다. 예비-중합체 조성물은 잉크 분사가능한 예비-중합체 조성물일 수 있다. 잉크 분사가능한 예비-중합체 조성물은 다음 중 적어도 하나를 포함할 수 있다: (1) 하나 이상의 올리고머 성분; (2) 하나 이상의 단량체 성분; (3) 하나 이상의 제타 전위 조절제 성분; (4) 광개시제 성분; (5) 무기 입자들, 유기 입자들 또는 둘 다; 및 (6) 추가의 첨가제들. 예비-중합체 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. 예를 들어, 자외선 복사(UV), 감마선, X-레이, 가속된 전자들, 및 이온 빔들이 중합 반응들을 개시하기 위해 이용될 수 있다. 본 개시내용의 목적으로, 경화의 방법, 또는 증감제들(sensitizers), 개시제들, 및/또는 경화제들, 예컨대 관통 경화제들(through cure agents) 또는 산소 억제제들과 같이 중합을 돕는 첨가제들의 이용.
잉크 조성물은 하나 이상의 올리고머 성분을 포함할 수 있다. 최종 연마 제품에서 원하는 속성들을 달성할 수 있는 임의의 적합한 올리고머 성분이 이용될 수 있다. 하나 이상의 올리고머 성분은 아크릴 올리고머, 우레탄 (메트)아크릴레이트 올리고머, 폴리에스테르 계 (메트)아크릴레이트 올리고머, 폴리에테르 계 (메트)아크릴레이트 올리고머, 실리콘 계 메트(아크릴레이트), 비닐(메트)아크릴레이트들, 또는 에폭시 (메트)아크릴레이트 올리고머 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
올리고머 성분은 낮은 점도, 낮은 휘발성, 높은 반응성, 및 낮은 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 올리고머 성분은 다관능성 성분일 수 있다. 올리고머 성분의 관능가는 3 이하일 수 있다. 올리고머 성분의 관능가는 2 이하일 수 있다.
적합한 아크릴 올리고머들의 예들은 Sartomer®로부터의 CN820, CN152 및 CN146 등의 명칭 하의 것들을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다. 적합한 우레탄 (메트)아크릴레이트들의 예들은 Sartomer®로부터의 CN929, CN966, CN978, CN981, CN991, CN992, CN994, CN997, CN1963, CN9006, CN9007 등의 명칭 하의 지방족 및 방향족 우레탄 (메트)아크릴레이트들 및 Ebecryl 8402, Ebecryl 1290의 명칭 하의 Cytek®Surface Specialty로부터의 것들을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다.
적합한 폴리에스테르 또는 폴리에테르 계 (메트)아크릴레이트 올리고머들의 예들은 Sartomer®USA, LLC로부터의 CN292, CN293, CN294E, CN299, CN704, CN2200, CN2203, CN2207, CN2261, CN2261LV, CN2262, CN2264, CN2267, CN2270, CN2271E, CN2273, CN2279, CN2282, CN2283, CN2303, CN3200의 명칭 하의 것들을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다. 적합한 에폭시 (메트)아크릴레이트 올리고머의 예들은 Cytek®Surface Specialty로부터의 Ebecryl 3701, Ebecryl 3708, Ebecryl 3200, Ebecryl 3600 등과, Sartomer®로부터의 CN151의 명칭 하의 것들을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다.
하나 이상의 올리고머 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 또는 55 중량%를 포함할 수 있다. 하나 이상의 올리고머 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 최대 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 또는 60 중량%를 포함할 수 있다. 잉크 조성물 내의 올리고머 성분의 양은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 약 10 중량% 내지 약 60 중량%일 수 있다(예를 들어, 약 20 중량% 내지 약 50 중량%; 약 40 중량% 내지 약 50 중량%; 또는 약 10 중량% 내지 약 30 중량%).
잉크 조성물은 하나 이상의 단량체 성분을 추가로 포함할 수 있다. 단량체 성분은 전형적으로 잉크를 낮은 점도로 희석시키는 잉크 제제들 내의 올리고머 성분에 양호한 용해력을 제공한다. 단량체 성분은 또한 경화 후 잉크의 가요성에 기여하는 낮은 유리 전이 온도를 가질 수 있다. 단량체 성분은 다관능성 성분일 수 있다. 단량체 성분의 관능가는 3 이하일 수 있다. 단량체 성분의 관능가는 2 이하일 수 있다.
일 구현에서, 단량체 성분은 일관능성 및 이관능성 단량체들 둘 다를 포함한다.
적합한 일관능성 단량체들의 예들은 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트(예를 들어 Sartomer®로부터의 SR285), 테트라히드로푸르푸릴 메타크릴레이트, 비닐 카프로락탐, 이소보르닐 아크릴레이트, 이소보르닐 메타크릴레이트, 2-페녹시에틸 아크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 2-(2-에톡시에톡시)에틸 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 이소데실 아크릴레이트, 이소데실 메타크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 라우릴 메타크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 스테아릴 메타크릴레이트, 시클릭 트리메틸올프로판 형식적 아크릴레이트, 2-[[(부틸아미노) 카르보닐]옥시]에틸 아크릴레이트(예를 들어, RAHN USA Corporation으로부터의 게노머 1122), 3,3,5-트리메틸시클로헥산 아크릴레이트, 및 일관능성 메톡실화 PEG (350) 아크릴레이트 등을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다.
적합한 이관능성 단량체들의 예들은 디올과 폴리에테르 디올의 디아크릴레이트 또는 디메타크릴레이트, 예컨대 프로폭실화 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트, 1,3-부틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,3-부틸렌 글리콜 디메타크릴레이트 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 알콕실화 지방족 디아크릴레이트(예를 들어 Sartomer®로부터의 SR9209A), 디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 및 알콕실화 헥산디올 디아크릴레이트, 예를 들어, Sartomer®로부터의 SR562, SR563, SR564를 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다.
하나 이상의 단량체 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 10 중량%, 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 또는 55 중량%를 포함할 수 있다. 하나 이상의 단량체 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 최대 15 중량%, 20 중량%, 25 중량%, 30 중량%, 35 중량%, 40 중량%, 45 중량%, 50 중량%, 55 중량%, 또는 60 중량%를 포함할 수 있다. 잉크 조성물 내의 단량체 성분의 양은 잉크 조성물의 총 중량에 관련하여 약 10 중량% 내지 약 60 중량%일 수 있다(예를 들어, 약 30 중량% 내지 약 60 중량%; 약 20 중량% 내지 약 50 중량%; 약 40 중량% 내지 약 50 중량%; 또는 약 10 중량% 내지 약 30 중량%).
잉크 조성물은 하나 이상의 제타 전위 조절제 성분을 추가로 포함한다. 제타 전위 조절제 성분은 연마 제품의 표면의 제타 전위를 조절할 수 있는 이온 전하(양이온성, 음이온성 또는 비이온성)을 가진 하나 이상의 올리고머, 단량체, 또는 둘 다를 포함한다. 원하는 전하를 타겟 표면에게 제공하는 임의의 적합한 제타 전위 조절제가 이용될 수 있다.
잉크 조성물에 유용한 양이온성 단량체들은 디알릴디메틸암모늄 할라이드 예컨대 디알릴디메틸암모늄 클로라이드(DADMAC), 메타크릴로일옥시에틸 트리메틸암모늄 할라이드 예컨대 메타크릴로일옥시에틸 트리메틸암모늄 클로라이드(MADQUAT), 및 그와 유사한 것을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다. 추가로, 양이온성과 비이온성 단량체들의 공중합체들(예를 들어, 알킬 아크릴레이트, 알킬 메타크릴레이트, 아크릴아미드, 스티렌, 및 그와 유사한 것), 예컨대 폴리(아크릴아미드-코-디알릴디메틸암모늄) 클로라이드도 잉크 조성물에 유용하다. 그러한 양이온성 중합체의 일부 다른 비제한적인 예들은 폴리에틸렌이민, 에톡실화 폴리에틸렌이민, 폴리(디알릴디메틸암모늄)할라이드, 폴리(아미도아민), 폴리(메타크릴로일옥시에틸 디메틸암모늄) 클로라이드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐이미다졸, 폴리(비닐피리딘), 및 폴리비닐아민을 포함한다. 용어 "양이온성 단량체"는 본 명세서에서 사용될 때 양전하를 가진 단량체를 지칭한다. 용어 "양이온성 단량체"는 또한 1의 pH 내지 12의 pH의 양이온이 되는 단량체를 포함한다.
잉크 조성물에 유용한 음이온성 단량체들은, 예를 들어, 다음과 같은 단독중합체들 예컨대 폴리아크릴산("PAA"), 폴리메타크릴산("PMAA"), 폴리말레산("PMA"), 폴리(2-아크릴아미도-2-메틸-1-프로판술폰산(polyAMPS)®, 및 그와 유사한 것의 음이온성 단량체들뿐만 아니라, 음이온성 및 비이온성 단량체들의 공중합체들, 예컨대 폴리(아크릴산-코-메타크릴산), 폴리(아크릴산-코-2-아크릴아미도-2-메틸-프로판술폰산)을 포함한다. 음이온성 단량체들은 산성 형태로 또는 염(예를 들어, 나트륨 염)으로서 이용될 수 있다. 음이온성 중합체의 실제 이온 특성(즉, 완전히 이온화되거나 또는 부분적으로 이온화됨)은 해당 기술분야에서 잘 알려진 바와 같이 CMP 조성물의 pH에 좌우될 것이다.
잉크 조성물에 유용한 비이온성 단량체들은, 예를 들어, 다음과 같은 단독중합체들: 폴리아크릴아미드 ("PAM") 단독중합체들의 단량체들, 및 하나 이상의 다른 비이온성 단량체 예컨대 메타크릴아미드, N-비닐피롤리돈 ("NVP"), 및 그와 유사한 것과 아크릴아미드의 공중합체들을 포함한다.
일 구현에서, 제타 전위 조절제는 아크릴레이트 계 단량체 또는 올리고머이다. 아크릴레이트 계 단량체 또는 올리고머는 다음과 같은 관능기들 중 하나를 가질 수 있다: 아미노, 암모늄, 히드록실, 에틸, 메틸, 부틸, 실록산, 또는 그의 조합들. 아크릴레이트 계 단량체 또는 올리고머는 분지화에서 1급(primary), 2급(secondary), 3급(tertiary), 또는 4급(quaternary)일 수 있다. 아크릴레이트 계 단량체 또는 올리고머는 일관능성 또는 다관능성(예를 들어, 이관능성, 삼관능성, 등)일 수 있다.
(메트)아크릴레이트 단량체 및/또는 올리고머의 예들은 일관능성 단량체들 예컨대 이소아밀 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 옥틸 아크릴레이트, 데실 아크릴레이트, 이소미리스틸 아크릴레이트, 이소스테아릴 아크릴레이트, 2-에틸헥실-디글리콜 아크릴레이트, 2-히드록시부틸 아크릴레이트, 2-아크릴로일옥시 에틸 헥사히드로프탈레이트, 2-부톡시에틸 아크릴레이트, 에톡시 디에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시 디에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시 폴리에틸렌 글리콜 아크릴레이트, 메톡시 프로필렌 글리콜 아크릴레이트, 페녹시에틸 아크릴레이트, 테트라히드로푸르푸릴 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 2-히드록시-3-페녹시프로필 아크릴레이트, 2-아크릴로일옥시 에틸 숙시네이트, 2-아크릴로일옥시 에틸 프탈레이트, 2-아크릴로일옥시에틸-2-히드록시에틸-프탈레이트, 락톤 개질된 가요성 아크릴레이트, 및 tert-부틸시클로헥실 아크릴레이트; 이관능성 단량체들 예컨대 트리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트, 1,9-노난디올 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 다이메틸올 트라이사이클로데케인 디아크릴레이트, 디아크릴레이트 의 한 PO 부가물 의 비스페놀 A, 히드록시 피발산 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 및 폴리테트라메틸렌 글리콜 디아크릴레이트; 삼관능성 또는 그 이상의 관능성 단량체들 예컨대 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트("TMPTA"), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트, 디(트리메틸올프로판) 테트라아크릴레이트, 글리세릴 프로폭시 트리아크릴레이트, 카프로락톤 개질된 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 에톡시 테트라아크릴레이트, 및 카프로락탐 개질된 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트; 및 이들의 올리고머들을 포함한다.
(메트)아크릴레이트 단량체 및/또는 올리고머의 다른 예들은 2-(디메틸아미노)에틸 메타크릴레이트, [2-(메타크릴로일옥시)에틸을 포함하고]트리메틸암모늄 메틸 술페이트("METAMS"), [2-(아크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드("AETAC"), [2-(메타크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 술페이트, [2-(메타크릴로일옥시)에틸]트리메틸암모늄 클로라이드 ("METAC"), N-아크릴아미도프로필-N,N,N-트리메틸암모늄 클로라이드("APTMAC"), 메타크릴아미도프로필 트리메틸 암모늄 클로라이드("MPTMAC"), 디메틸 메타크릴레이트, 디알릴디메틸암모늄 클로라이드("DADMAC"), 4급화된 N-비닐피리딘, 4급화된 2-비닐피리딘, 4급화된 4-비닐피리딘, 또는 이들의 조합들을 포함한다.
잉크 조성물 내의 제타 전위 조절제 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 0.1 중량%, 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 또는 17 중량%를 포함할 수 있다. 제타 전위 조절제 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 최대 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 17 중량%, 또는 20 중량%를 포함할 수 있다. 잉크 조성물의 총 중량에 관련하여 잉크 조성물 내의 제타 전위 조절제 성분의 양은 약 0.1 중량%, 내지 약 20 중량%일 수 있다(예를 들어, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%; 약 5 중량% 내지 약 10 중량%; 약 10 중량% 내지 약 15 중량%; 또는 약 15 중량% 내지 약 20 중량%).
잉크 조성물은 하나 이상의 광개시제 성분을 추가로 포함할 수 있다. 복사 경화 프로세스에서, 광개시제 성분은 입사 복사에 응답하여 경화를 개시한다. 잉크 조성물 내의 광개시제 성분의 타입의 선택은 일반적으로 잉크 조성물을 경화시키는 데 이용되는 경화 복사의 파장에 의존한다. 전형적으로, 선택된 광개시제의 피크 흡수 파장은 특히 자외선을 복사로 사용하여, 복사 에너지를 효과적으로 이용하기 위해 경화 복사의 파장의 범위에 따라 달라진다.
적합한 광개시제의 예들은 1-히드록시시클로헥실페닐 케톤, 4-이소프로필페닐-2-히드록시-2-메틸 프로판-1-온, 1-[4-(2-히드록시에톡시)-페닐]-2-히드록시-2-메틸-1-프로판-1-온, 2,2-디메틸-2-히드록시-아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐아세토페논, 2-히드록시-2-메틸프로피온페논, 디페닐 (2,4,6-트리메틸벤조일) 포스핀 옥시드, 비스(2,6-디메톡시-벤조일)-2,4,6 트리메틸 페닐 포스핀 옥시드, 2-메틸-1-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노-프로판-1-온, 3,6-비스(2-메틸-2-모르폴리노프로피오닐)-9-n-옥틸카르바졸, 2-벤질-2-(디메틸아미노)-1-[4-(4-모르폴리닐)페닐]-1-부타논, 벤조페논, 2,4,6-트리메틸벤조페논과 이소프로필티오크산톤을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다. 상업적으로 입수가능한 광개시제들의 적합한 블렌드들은 Ciba®Specialty Chemicals로부터의 Darocur 4265, Irgacure 1173, Irgacure 2022, 의 Irgacure 2100; 및 Lamberti®로부터의 Esacure KT37, Esacure KT55, Esacure KTO046의 명칭 하의 것들을 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다).
잉크 조성물 내의 광개시제 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 0.1 중량%, 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 또는 17 중량%를 포함할 수 있다. 광개시제 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 최대 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 17 중량%, 또는 20 중량%를 포함할 수 있다. 잉크 조성물 내의 광개시제 성분의 양은 잉크 조성물의 총 중량에 관련하여 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다(예를 들어, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%; 약 5 중량% 내지 약 10 중량%; 약 10 중량% 내지 약 15 중량%; 또는 약 15 중량% 내지 약 20 중량%).
잉크 조성물은 무기 입자들, 유기 입자들 또는 둘 다를 추가로 포함할 수 있다. 3D 프린팅 프로세스는 층마다 적어도 하나의 조성물의 층별의 순차적인 퇴적을 수반하기 때문에, 특정 패드 속성을 획득하고/하거나 특정 기능을 수행하기 위해 패드 층 상에 또는 패드 층 내에 배치되는 무기 또는 유기 입자들을 추가로 퇴적하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 무기 또는 유기 입자들은 크기가 50 나노미터(nm) 내지 100 마이크로미터(μm) 범위일 수 있고, 액적 토출 프린터(406)에 의해 분배되기 전에 프리커서 재료들에 첨가될 수 있거나, 또는 1 내지 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, 표면의 표면 에너지를 조정하기 위해, 연마 패드 형성 프로세스 동안 무기 또는 유기 입자들이 첨가될 수 있다.
입자 타입, 화학적 조성, 또는 크기, 및 첨가된 입자들은 응용에 의해 또는 달성되어야 하는 원하는 효과에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현에서, 입자들은 금속간 화합물(intermetallics), 세라믹, 금속, 중합체, 및/또는 금속 산화물, 예컨대 세리아, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 질화물, 탄화물, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 일례에서, 패드 상에 또는 내에 배치되는 무기 또는 유기 입자들은 연마 패드의 열 전도율 및/또는 다른 기계적 속성들을 개선하기 위해 PEEK, PEK, PPS, 및 다른 유사한 재료들과 같은 고성능 중합체들의 입자들을 포함할 수 있다.
잉크 조성물 내의 입자 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 적어도 0.1 중량%, 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 또는 17 중량%를 포함할 수 있다. 입자 성분은 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 하여 최대 1 중량%, 2 중량%, 5 중량%, 10 중량%, 15 중량%, 17 중량%, 또는 20 중량%를 포함할 수 있다. 잉크 조성물 내의 입자 성분의 양은 잉크 조성물의 총 중량에 관련하여 약 0.1 중량% 내지 약 20 중량%일 수 있다(예를 들어, 약 1 중량% 내지 약 5 중량%; 약 5 중량% 내지 약 10 중량%; 약 10 중량% 내지 약 15 중량%; 또는 약 15 중량% 내지 약 20 중량%).
잉크 조성물은 하나 이상의 추가의 성분을 추가로 포함할 수 있다. 추가의 첨가제들은 안정화제, 계면활성제, 레벨링 첨가제, 및 착색제를 포함하지만, 그에 한정되지는 않는다.
예들
아래의 비제한적인 예들은 본 명세서에 설명된 구현들을 더 예시하기 위해 제공된다. 그러나, 이 예들은 모두 포함하려고 하는 것이 아니고 본 명세서에 설명된 구현들의 범위를 제한하려고 하는 것이 아니다. 이들 예에서 언급된, 특정 재료들 및 그 양들뿐만 아니라 다른 조건들 및 세부사항들은 본 명세서에 설명된 구현들을 제한하는 데 이용되어서는 안 된다.
위에서 언급된 바와 같이, 일부 구현에서, 제1 및 제2 연마 피쳐들(304 및 306)과 같은 2개 이상의 연마 피쳐 중 적어도 하나를 형성하기 위해 이용되는 재료들 중 하나 이상은 적어도 하나의 경화가능한 예비-중합체 조성물의 순차적인 퇴적 및 퇴적후 처리에 의해 형성된다. 일반적으로, 적층 제조 시스템(450)의 프리커서 전달 섹션(453)에서 수행되는 프리커서 제제 프로세스 동안 혼합되는 경화가능한 수지 프리커서 조성물들은, 관능성 올리고머, 반응성 희석제 및 경화 성분, 예컨대 개시제를 함유하는 예비-중합체 조성물들의 제제를 포함할 것이다. 이들 성분들 중 일부의 예들이 아래 표 1에 열거되어 있다.
관능성 올리고머들의 예들은 아래 표 1의 항목들 O1-O2에서 발견될 수 있다. 관능성 반응성 희석제들 및 다른 첨가제들의 예들은 표 1의 항목 M1에서 발견될 수 있다. DMA와 AMEC는 둘다 Sigma-Aldrich로부터 입수가능하다. 경화 성분들의 예들은 표 1의 항목 P1에서 발견되고 Ciba Specialty Chemicals Inc. 및 RAHN USA Corporation으로부터 입수가능하다.
제제들의 예들이 표 2에 열거되어 있다.
도 11은 표 2에 도시된 제제들로부터 연마 제품들에 대한 pH에 관련하여 측정된 제타 전위를 묘사하는 플롯(1100)이다. 연마 제품들의 연마 표면들의 제타 전위는 1 mM의 KCl 용액이 이용된 스트리밍 전위 기술에 따라 Anton Parr로부터 입수가능한 SurPASS™동전기학적 분석기(Electrokinetic Analyzer)를 이용하여 측정되었다. 현재의 폴리우레탄 패드들은 음의 제타 전위를 가진다. 도 11에 도시된 바와 같이, 제타 전위 조절제의 첨가는 연마 제품의 극성을 음에서 양으로 변화시켜 제타 전위를 튜닝하는 능력을 입증한다.
전술한 것은 본 개시내용의 구현들에 관한 것이지만, 그것의 기본 범위로부터 벗어나지 않고서 본 개시내용의 다른 구현들 및 추가 구현들이 고안될 수 있으며, 그것의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.
Claims (20)
- 연마 제품으로서,
복합 연마 패드 바디를 포함하고, 상기 복합 연마 패드 바디는:
그루빙된 표면 - 상기 그루빙된 표면은:
제1 제타 전위를 갖는 제1 중합체 재료로부터 형성된 복수의 연마 패드 피쳐들; 및
제2 제타 전위를 갖고 제2 중합체 재료로부터 형성된 하나 이상의 베이스 피쳐들을 포함함 -; 및
상기 그루빙된 표면 반대편의 평평한 표면 - 상기 제1 제타 전위는 상기 제2 제타 전위와 상이함 -을 갖고,
상기 복수의 연마 패드 피쳐들 및 상기 하나 이상의 베이스 피쳐들은 상기 평평한 표면으로부터 상기 그루빙된 표면으로 증가하거나 상기 그루빙된 표면으로부터 상기 평평한 표면으로 증가하는 제타 전위의 경사(gradient)를 형성하도록 배열되는, 연마 제품. - 제1항에 있어서, 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제1 제타 전위는 -70 mV 이상 내지 0 mV 이하이고, 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제2 제타 전위는 0 mV 이상 내지 50 mV 이하인, 연마 제품.
- 제1항에 있어서, 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제1 제타 전위는 0 mV 이상 내지 50 mV 이하이고 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제2 제타 전위는 -70 mV 이상 내지 0 mV 이하인, 연마 제품.
- 제1항에 있어서, 상기 복합 연마 패드 바디는 제3 제타 전위를 갖는 제3 중합체 재료를 더 포함하고, 상기 제3 제타 전위는 상기 제1 제타 전위 및 상기 제2 제타 전위와 상이한, 연마 제품.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 중합체 재료는 양이온성 단량체들, 음이온성 단량체들, 비이온성 단량체들 또는 이들의 조합으로부터 선택된 제1 제타 전위 조절제를 포함하는 제1 조성물로부터 형성되고, 상기 제2 중합체 재료는 양이온성 단량체들, 음이온성 단량체들, 비이온성 단량체들 또는 이들의 조합으로부터 선택된 제2 제타 전위 조절제를 포함하는 제2 조성물로부터 형성되는, 연마 제품.
- 제1항에 있어서, 연마재 입자들을 더 포함하는, 연마 제품.
- 제1항에 있어서, 상기 복수의 연마 패드 피쳐들은 나선형 패턴으로 배열되는 세그먼트화된 연마 피쳐들인, 연마 제품.
- 연마 제품으로서,
연마 패드 바디를 포함하고, 상기 연마 패드 바디는 연마 표면을 갖고, 상기 연마 표면은:
복수의 홈들을 정의하는 상부 표면 및 측벽을 갖는 하나 이상의 제1 연마 피쳐들 - 상기 상부 표면은 제1 제타 전위를 갖는 제1 중합체 재료를 포함함 -; 및
상기 복수의 홈들의 하부 표면을 정의하는 하나 이상의 제2 연마 피쳐들 - 상기 하부 표면은 상기 제1 제타 전위와 상이한 제2 제타 전위를 갖는 제2 중합체 재료를 포함함 -을 포함하고,
상기 하나 이상의 제1 연마 피쳐들 및 상기 하나 이상의 제2 연마 피쳐들은 상기 연마 패드 바디의 하부 표면으로부터 상기 연마 패드 바디의 상기 연마 표면으로 증가하거나 상기 연마 패드 바디의 상기 연마 표면으로부터 상기 연마 패드 바디의 상기 하부 표면으로 증가하는 제타 전위의 경사를 형성하도록 배열되는, 연마 제품. - 제8항에 있어서, 상기 측벽은 상기 제1 중합체 재료를 포함하는, 연마 제품.
- 제8항에 있어서, 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제1 제타 전위는 -70 mV 이상 내지 0 mV 이하이고, 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제2 제타 전위는 0 mV 이상 내지 50 mV 이하인, 연마 제품.
- 제8항에 있어서, 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제1 제타 전위는 0 mV 이상 내지 50 mV 이하이고 중성 용액의 사용으로 측정된 상기 제2 제타 전위는 -70 mV 이상 내지 0 mV 이하인, 연마 제품.
- 제8항에 있어서, 상기 연마 패드 바디는 제3 제타 전위를 가진 제3 중합체 재료를 더 포함하고, 상기 제3 제타 전위는 상기 제1 제타 전위 및 상기 제2 제타 전위와 상이한, 연마 제품.
- 제8항에 있어서, 상기 측벽은 제3 제타 전위를 가진 제3 중합체 재료를 포함하고, 상기 제3 제타 전위는 상기 제1 제타 전위 및 상기 제2 제타 전위와 상이한, 연마 제품.
- 제8항에 있어서, 상기 제1 중합체 재료는 양이온성 단량체들, 음이온성 단량체들, 비이온성 단량체들 또는 이들의 조합으로부터 선택된 제1 제타 전위 조절제를 포함하는 제1 조성물로부터 형성되고, 상기 제2 중합체 재료는 양이온성 단량체들, 음이온성 단량체들, 비이온성 단량체들 또는 이들의 조합으로부터 선택된 제2 제타 전위 조절제를 포함하는 제2 조성물로부터 형성되는, 연마 제품.
- 제8항에 있어서, 연마재 입자들을 더 포함하는, 연마 제품.
- 제8항에 있어서, 상기 복수의 홈들은 나선형 패턴으로 배열되는 세그먼트화된 연마 홈들인, 연마 제품.
- 연마 제품을 형성하는 방법으로서,
타겟 두께에 도달하도록 3D 프린터를 이용하여 복수의 복합 층들을 퇴적시키는 단계 - 상기 복수의 복합 층들을 퇴적시키는 단계는:
제1 제타 전위를 갖는 노출된 제1 영역을 갖는 제1 재료를 퇴적시키는 단계; 및
제2 제타 전위를 갖는 노출된 제2 영역을 갖는 제2 재료를 퇴적시키는 단계를 포함함 -; 및
상기 제1 재료를 포함하는 하나 이상의 제1 피쳐들 및 상기 제2 재료를 포함하는 하나 이상의 제2 피쳐들을 갖는 복합 패드 바디를 형성하기 위해 상기 복수의 복합 층들을 응고시키는 단계 - 상기 하나 이상의 제1 피쳐들 및 상기 하나 이상의 제2 피쳐들은 단일 바디를 형성함 -를 포함하고,
상기 하나 이상의 제1 피쳐들 및 상기 하나 이상의 제2 피쳐들은 상기 연마 제품의 하부 표면으로부터 상기 연마 제품의 상부 표면으로 증가하거나 상기 연마 제품의 상기 상부 표면으로부터 상기 연마 제품의 상기 하부 표면으로 증가하는 제타 전위의 경사를 형성하도록 배열되는, 방법. - 제17항에 있어서, 상기 제1 재료는 제3 재료 및 제4 재료의 액적들을 퇴적시킴으로써 형성되는 재료들의 제1 조성물을 포함하고, 상기 제2 재료는 제5 재료 및 제6 재료의 액적들을 퇴적시킴으로써 형성되는 재료들의 제2 조성물을 포함하는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 피쳐들은 하나 이상의 불연속 연마 피쳐들이고, 상기 하나 이상의 제2 피쳐들은 하나 이상의 베이스 피쳐들이고, 상기 하나 이상의 베이스 피쳐들은 상기 하나 이상의 불연속 연마 피쳐들을 공동으로 둘러싸서 상기 단일 바디를 형성하는, 방법.
- 제17항에 있어서, 상기 하나 이상의 제1 피쳐들은 나선형 패턴으로 배열되는 세그먼트화된 연마 홈들인, 방법.
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