JP6415521B2 - Low density polishing pad - Google Patents
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Description
本発明の実施形態は、化学的機械的研磨研磨(CMP)の分野にあり、特に、低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドの製造方法の分野にある。 Embodiments of the present invention are in the field of chemical mechanical polishing (CMP), particularly in the field of low density polishing pads and methods of manufacturing low density polishing pads.
一般的にはCMPと略称される化学的機械的平坦化または化学的機械的研磨は、半導体ウエハまたは他の基板を平坦化するため半導体製造で用いられる技法である。 Chemical mechanical planarization or chemical mechanical polishing, commonly abbreviated as CMP, is a technique used in semiconductor manufacturing to planarize a semiconductor wafer or other substrate.
本プロセスは、研磨性および腐食性の化学的スラリー(一般には、コロイド)を、典型的には、ウエハより直径が大きな研磨パッドおよび止め輪とともに使用することを必要とする。研磨パッドおよびウエハは、動的研磨ヘッドによってともに押下され、プラスチック製の止め輪によって保持される。動的研磨ヘッドは、研磨時に回転する。本アプローチは、材料を除去するのを助け、任意の不規則なトポグラフィを均一にし、ウエハを平らまたは平坦にする傾向がある。それは、追加的回路要素の形成のためウエハを調整するのに必要であり得る。例えば、それは、表面全体をフォトリソグラフィシステムの被写界深度内に収めるまたはその位置に基づいて材料を選択的に除去するために必要とされ得る。典型的な被写界深度の要件は、最新のサブ50ナノメータテクノロジーノードの場合、オングストロームレベルとなっている。 The process requires the use of abrasive and corrosive chemical slurries (generally colloids), typically with polishing pads and retaining rings that are larger in diameter than the wafer. The polishing pad and wafer are pressed together by the dynamic polishing head and held by a plastic retaining ring. The dynamic polishing head rotates during polishing. This approach tends to help remove material, make any irregular topography uniform, and make the wafer flat or flat. It may be necessary to condition the wafer for the formation of additional circuit elements. For example, it may be required to fit the entire surface within the depth of field of the photolithography system or to selectively remove material based on its location. Typical depth of field requirements are at the angstrom level for the latest sub-50 nanometer technology nodes.
材料除去のプロセスは、木材に紙やすりをかけるような単なる研磨性擦り落としのそれではない。スラリー中の薬品はまた、除去される材料と反応しおよび/またはこれを弱化する。研磨剤は、この弱化プロセスを加速し、研磨パッドは、反応した材料を表面から拭き取るのに役立つ。スラリー技術の進歩に加えて、研磨パッドは、ますます複雑化するCMP操作において重要な役割を果たしている。 The material removal process is not just that of abrasive scrubbing like sanding wood. The chemicals in the slurry also react with and / or weaken the material being removed. The abrasive accelerates this weakening process, and the polishing pad helps wipe off the reacted material from the surface. In addition to advances in slurry technology, polishing pads play an important role in increasingly complex CMP operations.
しかしながら、CMPパッド技術の進化には、さらなる改善が必要とされる。 However, further improvements are required for the evolution of CMP pad technology.
本発明の実施形態は、低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドの製造方法を含む。 Embodiments of the present invention include a low density polishing pad and a method of manufacturing a low density polishing pad.
ある実施形態では、基板を研磨するための研磨パッドは、0.5g/ccを下回る密度を有し、熱硬化性ポリウレタン材料で構成された研磨体を含む。複数の独立気泡孔が、熱硬化性ポリウレタン材料内に分散される。 In certain embodiments, a polishing pad for polishing a substrate includes a polishing body having a density of less than 0.5 g / cc and made of a thermoset polyurethane material. A plurality of closed cell pores are dispersed within the thermosetting polyurethane material.
別の実施形態では、基板を研磨するための研磨パッドは、およそ0.6g/ccを下回る密度を有し、熱硬化性ポリウレタン材料で構成された研磨体を含む。複数の独立気泡孔が、熱硬化性ポリウレタン材料内に分散される。複数の独立気泡孔は、サイズ分布の第1のピークがある第1の直径モードとサイズ分布の第2の異なるピークがある第2の直径モードとを持った直径の2峰性分布を有する。 In another embodiment, a polishing pad for polishing a substrate includes a polishing body having a density less than approximately 0.6 g / cc and composed of a thermoset polyurethane material. A plurality of closed cell pores are dispersed within the thermosetting polyurethane material. The plurality of closed cell pores have a bimodal distribution of diameters with a first diameter mode having a first peak in the size distribution and a second diameter mode having a second different peak in the size distribution.
さらに別の実施形態では、研磨パッドの製造方法は、プレポリマーおよび鎖延長剤もしくは架橋剤を、混合物を形成するように複数の微小要素と混合するステップを含む。複数の微小要素のそれぞれは、初期サイズを有する。本方法はまた、熱硬化性ポリウレタン材料と熱硬化性ポリウレタン材料内に分散された複数の独立気泡孔とで構成された、成形された研磨体を提供するように、混合物を成形型内で加熱するステップを含む。複数の独立気泡孔は、加熱ステップ中に、複数の微小要素のそれぞれを最終のより大きなサイズに膨張させるステップにより形成される。
本発明の実施形態において、例えば以下の項目が提供される。
(項目1)
基板を研磨するための研磨パッドであって、前記研磨パッドは、
0.5g/ccを下回る密度を有する研磨体であって、
熱硬化性ポリウレタン材料と、
前記熱硬化性ポリウレタン材料内に分散された複数の独立気泡孔と
を含む、研磨体
を備える、研磨パッド。
(項目2)
前記研磨体は、均質研磨体である、項目1に記載の研磨パッド。
(項目3)
前記複数の独立気泡孔のそれぞれは、前記熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料を含む物理的シェルを含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目4)
前記複数の独立気泡孔の第1の部分の物理的シェルは、前記複数の独立気泡孔の第2の部分の物理的シェルとは異なる材料を含む、項目3に記載の研磨パッド。
(項目5)
前記複数の独立気泡孔の一部のみのそれぞれは、前記熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料を含む物理的シェルを含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目6)
前記複数の独立気泡孔のそれぞれは、前記熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料の物理的シェルを含まない、項目1に記載の研磨パッド。
(項目7)
前記複数の独立気泡孔は、前記熱硬化性ポリウレタン材料中に、前記熱硬化性ポリウレタン材料の総体積のおよそ55〜80%の範囲の総気泡孔体積を提供する、項目1に記載の研磨パッド。
(項目8)
前記研磨体は、
第1の溝付表面と、
前記第1の表面の反対側の第2の平坦表面と
をさらに含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目9)
前記複数の独立気泡孔のそれぞれは、本質的に球状である、項目1に記載の研磨パッド。
(項目10)
前記複数の独立気泡孔は、サイズ分布の第1のピークのある第1の直径モードと、サイズ分布の第2の異なるピークのある第2の直径モードとを有する直径の2峰性分布を有する、項目1に記載の研磨パッド。
(項目11)
前記第1の直径モードの前記独立気泡孔はそれぞれ、前記熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料を含む物理的シェルを含む、項目10に記載の研磨パッド。
(項目12)
前記第2の直径モードの前記独立気泡孔はそれぞれ、前記熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料を含む物理的シェルを含む、項目11に記載の研磨パッド。
(項目13)
前記第2の直径モードの各独立気泡孔の前記物理的シェルは、前記第1の直径モードの前記独立気泡孔の物理的シェルの材料とは異なる材料を含む、項目12に記載の研磨パッド。
(項目14)
前記第1の直径モードのサイズ分布の第1のピークは、およそ10〜50ミクロンの範囲の直径を有し、前記第2の直径モードのサイズ分布の第2のピークは、およそ10〜150ミクロンの範囲の直径を有する、項目10に記載の研磨パッド。
(項目15)
前記第1の直径モードは、前記第2の直径モードと重なり合う、項目10に記載の研磨パッド。
(項目16)
前記第1の直径モードは、前記第2の直径モードとの重なりを本質的に有さない、項目10に記載の研磨パッド。
(項目17)
前記第1の直径モードの総度数カウント数は、前記第2の直径モードの総度数カウント数と等しくない、項目10に記載の研磨パッド。
(項目18)
前記第1の直径モードの総度数カウント数は、前記第2の直径モードの総度数カウント数におよそ等しい、項目10に記載の研磨パッド。
(項目19)
前記直径の2峰性分布は、前記熱硬化性ポリウレタン材料全体を通して本質的に均一に分布される、項目10に記載の研磨パッド。
(項目20)
前記研磨体は、成形された研磨体である、項目1に記載の研磨パッド。
(項目21)
前記研磨体は、前記研磨体の全体を通しておよそ均一に分布された、不透明化充填剤をさらに含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目22)
前記研磨体の背面上に配置された下地層をさらに含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目23)
前記研磨体の背面内に配置された検出領域をさらに含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目24)
前記研磨体の背面上に配置されたサブパッドをさらに含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目25)
前記研磨体内に配置され、それと共有結合された局所透明(LAT)領域をさらに含む、項目1に記載の研磨パッド。
(項目26)
基板を研磨するための研磨パッドであって、
前記研磨パッドは、
およそ0.6g/ccを下回る密度を有する研磨体であって、
熱硬化性ポリウレタン材料と、
前記熱硬化性ポリウレタン材料内に分散された複数の独立気泡孔と
を含む、研磨体
を備え、
前記複数の独立気泡孔は、サイズ分布の第1のピークのある第1の直径モードと、サイズ分布の第2の異なるピークのある第2の直径モードとを有する直径の2峰性分布を有する、
研磨パッド。
(項目27)
前記研磨体は、均質研磨体である、項目26に記載の研磨パッド。
(項目28)
前記第1の直径モードの前記独立気泡孔はそれぞれ、前記熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料を含む物理的シェルを備える、項目26に記載の研磨パッド。
(項目29)
前記第2の直径モードの前記独立気泡孔はそれぞれ、前記熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料を含む物理的シェルを含む、項目28に記載の研磨パッド。
(項目30)
前記第2の直径モードの各独立気泡孔の前記物理的シェルは、前記第1の直径モードの前記独立気泡孔の物理的シェルの材料とは異なる材料を含む、項目29に記載の研磨パッド。
(項目31)
前記第1の直径モードのサイズ分布の第1のピークは、およそ10〜50ミクロンの範囲の直径を有し、前記第2の直径モードのサイズ分布の第2のピークは、およそ10〜150ミクロンの範囲の直径を有する、項目26に記載の研磨パッド。
(項目32)
前記第1の直径モードは、前記第2の直径モードと重なり合う、項目26に記載の研磨パッド。
(項目33)
前記第1の直径モードは、前記第2の直径モードとの重なりを本質的に有さない、項目26に記載の研磨パッド。
(項目34)
前記第1の直径モードの総度数カウント数は、前記第2の直径モードの総度数カウント数と等しくない、項目26に記載の研磨パッド。
(項目35)
前記第1の直径モードの総度数カウント数は、前記第2の直径モードの総度数カウント数におよそ等しい、項目26に記載の研磨パッド。
(項目36)
前記直径の2峰性分布は、前記熱硬化性ポリウレタン材料全体を通して本質的に均一に分布される、項目26に記載の研磨パッド。
(項目37)
研磨パッドの製造方法であって、
前記方法は、
プレポリマーと鎖延長剤または架橋剤とを、混合物を形成するように複数の微小要素と混合するステップであって、前記複数の微小要素のそれぞれは、初期サイズを有するステップと、
熱硬化性ポリウレタン材料と前記熱硬化性ポリウレタン材料内に分散された複数の独立気泡孔とを含む成形された研磨体を提供するように成形型内で前記混合物を加熱するステップと
を含み、
前記複数の独立気泡孔は、前記加熱ステップの間に、前記複数の微小要素のそれぞれを、最終的なより大きいサイズに膨張させるステップにより形成される、方法。
(項目38)
前記複数の微小要素のそれぞれを最終サイズに膨張させるステップは、前記複数の微小要素のそれぞれの体積をおよそ3〜1000倍の範囲で増加させるステップを含む、項目37に記載の方法。
(項目39)
前記複数の微小要素のそれぞれを最終サイズに膨張させるステップは、前記複数の微小要素のそれぞれの最終直径をおよそ10〜200ミクロンの範囲で提供するステップを含む、項目37に記載の方法。
(項目40)
前記複数の微小要素のそれぞれを最終サイズに膨張させるステップは、前記複数の微小要素のそれぞれの密度をおよそ3〜1000倍の範囲で減少させるステップを含む、項目37に記載の方法。
(項目41)
前記複数の微小要素のそれぞれを最終サイズに膨張させるステップは、前記最終サイズの前記複数の微小要素のそれぞれについて本質的に球形を成形するステップを含む、項目37に記載の方法。
(項目42)
プレポリマーと鎖延長剤、または架橋剤とを複数の微小要素と混合するステップは、前記混合物を形成するように第2の複数の微小要素とともに混合するステップをさらに含み、前記第2の複数の微小要素のそれぞれが、サイズを有する、項目37に記載の方法。
(項目43)
前記加熱ステップは、前記第2の複数の微小要素のそれぞれのサイズが前記加熱ステップの前後で本質的に同じであるように、十分に低い温度で行われる、項目42に記載の方法。
(項目44)
前記加熱ステップは、およそ摂氏100度またはそれを下回る温度で行われ、前記第2の複数の微小要素は、およそ摂氏130度を上回る膨張限界を有する、項目43に記載の方法。
(項目45)
前記第2の複数の微小要素は、前記複数の微小要素の膨張限界を上回る膨張限界を有する、項目42に記載の方法。
(項目46)
前記第2の複数の微小要素の膨張限界は、およそ摂氏120度を上回り、前記複数の微小要素の膨張限界は、およそ摂氏110度を下回る、項目45に記載の方法。
(項目47)
前記プレポリマーの混合物、前記鎖延長剤もしくは架橋剤、および前記第2の複数の微小要素は、粘性を有し、前記プレポリマー、前記鎖延長剤もしくは架橋剤、前記初期サイズを有する前記複数の微小要素、および前記第2の複数の微小要素の前記混合物は、本質的に前記粘性を有する、項目42に記載の方法。
(項目48)
前記粘性は、所定の粘性であり、前記混合物中の前記第2の複数の微小要素の相対量は、前記所定の粘性に基づき選定される、項目47に記載の方法。
(項目49)
前記複数の微小要素は、前記混合物の粘性に対し皆無かそれに近い効果を有する、項目47に記載の方法。
(項目50)
加熱ステップは、前記熱硬化性ポリウレタン材料と、前記熱硬化性ポリウレタン材料内に分散され、前記複数の微小要素のそれぞれをサイズ分布の第1のピークがある第1の直径モードを有する最終サイズに膨張させることにより形成された、前記複数の独立気泡孔と、前記熱硬化性ポリウレタン材料内に分散され、サイズ分布の第2の異なるピークがある第2の直径モードを有する前記第2の複数の微小要素から形成された、第2の複数の独立気泡孔とを含む、前記成形された研磨体を提供する、項目42に記載の方法。
(項目51)
前記複数の独立気泡孔および前記第2の複数の独立気泡孔は、前記熱硬化性ポリウレタン材料内に、前記熱硬化性ポリウレタン材料の総体積のおよそ55〜80%の範囲の総気泡体積を提供する、項目50に記載の方法。
(項目52)
前記成形された研磨体を提供するように前記混合物を加熱するステップは、0.5g/ccを下回る密度を有する研磨体を形成するステップを含む、項目37に記載の方法。
(項目53)
前記混合物は、前記加熱ステップに先立って、0.5g/ccを上回る密度を有する、項目52に記載の方法。
(項目54)
前記混合ステップは、前記プレポリマーおよび前記鎖延長剤、もしくは架橋剤内、またはそれらから形成される製品内にガスを注入するステップをさらに含む、項目37に記載の方法。
(項目55)
前記プレポリマーは、イソシアネートであり、前記混合ステップは、前記プレポリマーに水を加えるステップをさらに含む、項目37に記載の方法。
(項目56)
前記プレポリマーおよび前記鎖延長剤もしくは架橋剤を混合するステップは、イソシアネートおよび芳香族ジアミン化合物を混合するステップをそれぞれ含む、項目37に記載の方法。
(項目57)
前記混合ステップは、不透明な成形された研磨体を提供するよう、前記プレポリマーおよび前記鎖延長剤または架橋剤に不透明化充填剤を添加するステップをさらに含む、項目37に記載の方法。
(項目58)
前記混合物を加熱するステップは、前記成形型内で第1の部分的硬化をさせるステップと、その後オーブン内でさらに硬化させるステップと、を含む、項目37に記載の方法。
(項目59)
前記成形型内で加熱するステップは、前記成形された研磨体の研磨表面に溝模様を形成するステップを含む、項目37に記載の方法。
(項目60)
前記初期サイズを有する前記複数の微小要素のそれぞれは、物理的シェルを含み、最終サイズを有する前記複数の微小要素のそれぞれは、膨張した物理的シェルを含む、項目37に記載の方法。
(項目61)
前記初期サイズを有する前記複数の微小要素のそれぞれは、液滴であり、最終サイズを有する前記複数の微小要素のそれぞれは、ガス泡である、項目37に記載の方法。
In yet another embodiment, a method of manufacturing a polishing pad includes mixing a prepolymer and a chain extender or crosslinker with a plurality of microelements to form a mixture. Each of the plurality of microelements has an initial size. The method also heats the mixture in a mold to provide a molded abrasive body comprised of a thermoset polyurethane material and a plurality of closed cell pores dispersed within the thermoset polyurethane material. Including the steps of: The plurality of closed cell holes are formed by expanding each of the plurality of microelements to a final larger size during the heating step.
In the embodiment of the present invention, for example, the following items are provided.
(Item 1)
A polishing pad for polishing a substrate, the polishing pad comprising:
A polishing body having a density of less than 0.5 g / cc,
A thermosetting polyurethane material;
A plurality of closed cell pores dispersed within the thermosetting polyurethane material;
Abrasive body including
A polishing pad comprising:
(Item 2)
The polishing pad according to item 1, wherein the polishing body is a homogeneous polishing body.
(Item 3)
The polishing pad according to item 1, wherein each of the plurality of closed cell holes includes a physical shell including a material different from the thermosetting polyurethane material.
(Item 4)
4. The polishing pad according to item 3, wherein the physical shell of the first part of the plurality of closed cell holes includes a material different from the physical shell of the second part of the plurality of closed cell holes.
(Item 5)
The polishing pad according to item 1, wherein each of only a part of the plurality of closed cell holes includes a physical shell including a material different from the thermosetting polyurethane material.
(Item 6)
The polishing pad according to item 1, wherein each of the plurality of closed cell holes does not include a physical shell of a material different from the thermosetting polyurethane material.
(Item 7)
The polishing pad of claim 1, wherein the plurality of closed cell pores provide a total cell pore volume in the thermosetting polyurethane material in a range of approximately 55-80% of the total volume of the thermosetting polyurethane material. .
(Item 8)
The abrasive is
A first grooved surface;
A second flat surface opposite the first surface;
The polishing pad according to item 1, further comprising:
(Item 9)
The polishing pad according to item 1, wherein each of the plurality of closed cell holes is essentially spherical.
(Item 10)
The plurality of closed cell pores have a bimodal distribution of diameters having a first diameter mode with a first peak of size distribution and a second diameter mode with a second different peak of size distribution. The polishing pad according to Item 1.
(Item 11)
Item 11. The polishing pad of item 10, wherein each of the closed cell pores in the first diameter mode includes a physical shell comprising a material different from the thermoset polyurethane material.
(Item 12)
12. A polishing pad according to item 11, wherein each of the closed cell holes in the second diameter mode includes a physical shell including a material different from the thermosetting polyurethane material.
(Item 13)
13. The polishing pad of item 12, wherein the physical shell of each closed cell hole in the second diameter mode comprises a material different from the material of the physical shell of the closed cell hole in the first diameter mode.
(Item 14)
The first peak of the first diameter mode size distribution has a diameter in the range of approximately 10-50 microns, and the second peak of the second diameter mode size distribution is approximately 10-150 microns. Item 11. The polishing pad of item 10, wherein the polishing pad has a diameter in the range of.
(Item 15)
Item 11. The polishing pad of item 10, wherein the first diameter mode overlaps with the second diameter mode.
(Item 16)
Item 11. The polishing pad of item 10, wherein the first diameter mode has essentially no overlap with the second diameter mode.
(Item 17)
Item 11. The polishing pad according to Item 10, wherein the total frequency count in the first diameter mode is not equal to the total frequency count in the second diameter mode.
(Item 18)
Item 11. The polishing pad of item 10, wherein the total frequency count in the first diameter mode is approximately equal to the total frequency count in the second diameter mode.
(Item 19)
Item 11. The polishing pad of item 10, wherein the bimodal distribution of diameters is distributed essentially uniformly throughout the thermoset polyurethane material.
(Item 20)
The polishing pad according to item 1, wherein the polishing body is a molded polishing body.
(Item 21)
The polishing pad according to item 1, wherein the polishing body further includes an opacifying filler distributed substantially uniformly throughout the polishing body.
(Item 22)
Item 2. The polishing pad according to Item 1, further comprising an underlayer disposed on the back surface of the polishing body.
(Item 23)
The polishing pad according to item 1, further comprising a detection region disposed in a back surface of the polishing body.
(Item 24)
Item 2. The polishing pad according to Item 1, further comprising a subpad disposed on the back surface of the polishing body.
(Item 25)
The polishing pad of claim 1, further comprising a local transparency (LAT) region disposed within and covalently bonded to the polishing body.
(Item 26)
A polishing pad for polishing a substrate,
The polishing pad is
A polishing body having a density of less than about 0.6 g / cc,
A thermosetting polyurethane material;
A plurality of closed cell pores dispersed within the thermosetting polyurethane material;
Abrasive body including
With
The plurality of closed cell pores have a bimodal distribution of diameters having a first diameter mode with a first peak of size distribution and a second diameter mode with a second different peak of size distribution. ,
Polishing pad.
(Item 27)
27. A polishing pad according to item 26, wherein the polishing body is a homogeneous polishing body.
(Item 28)
27. A polishing pad according to item 26, wherein each of the closed-cell holes in the first diameter mode includes a physical shell including a material different from the thermosetting polyurethane material.
(Item 29)
29. A polishing pad according to item 28, wherein each of the closed-cell holes in the second diameter mode includes a physical shell including a material different from the thermosetting polyurethane material.
(Item 30)
30. The polishing pad of item 29, wherein the physical shell of each closed cell hole in the second diameter mode comprises a material different from the material of the physical shell of the closed cell hole in the first diameter mode.
(Item 31)
The first peak of the first diameter mode size distribution has a diameter in the range of approximately 10-50 microns, and the second peak of the second diameter mode size distribution is approximately 10-150 microns. 27. The polishing pad of item 26, having a diameter in the range of
(Item 32)
27. A polishing pad according to item 26, wherein the first diameter mode overlaps with the second diameter mode.
(Item 33)
27. A polishing pad according to item 26, wherein the first diameter mode has essentially no overlap with the second diameter mode.
(Item 34)
27. A polishing pad according to item 26, wherein the total frequency count of the first diameter mode is not equal to the total frequency count of the second diameter mode.
(Item 35)
27. A polishing pad according to item 26, wherein the total frequency count of the first diameter mode is approximately equal to the total frequency count of the second diameter mode.
(Item 36)
27. A polishing pad according to item 26, wherein the bimodal distribution of diameters is essentially uniformly distributed throughout the thermoset polyurethane material.
(Item 37)
A method for manufacturing a polishing pad, comprising:
The method
Mixing a prepolymer and a chain extender or crosslinker with a plurality of microelements to form a mixture, each of the plurality of microelements having an initial size;
Heating the mixture in a mold to provide a molded abrasive body comprising a thermosetting polyurethane material and a plurality of closed cell pores dispersed in the thermosetting polyurethane material;
Including
The plurality of closed cell holes are formed by expanding each of the plurality of microelements to a final larger size during the heating step.
(Item 38)
38. The method of item 37, wherein expanding each of the plurality of microelements to a final size includes increasing the volume of each of the plurality of microelements in a range of approximately 3 to 1000 times.
(Item 39)
38. The method of item 37, wherein expanding each of the plurality of microelements to a final size comprises providing a final diameter of each of the plurality of microelements in the range of approximately 10-200 microns.
(Item 40)
38. The method of item 37, wherein expanding each of the plurality of microelements to a final size comprises reducing the density of each of the plurality of microelements in a range of approximately 3 to 1000 times.
(Item 41)
38. The method of item 37, wherein expanding each of the plurality of microelements to a final size comprises forming an essentially spherical shape for each of the plurality of microelements of the final size.
(Item 42)
Mixing the prepolymer and chain extender, or crosslinker with the plurality of microelements further comprises mixing with the second plurality of microelements to form the mixture, the second plurality of microelements. 38. The method of item 37, wherein each microelement has a size.
(Item 43)
43. The method of item 42, wherein the heating step is performed at a sufficiently low temperature such that the size of each of the second plurality of microelements is essentially the same before and after the heating step.
(Item 44)
44. The method of item 43, wherein the heating step is performed at a temperature of approximately 100 degrees Celsius or less, and the second plurality of microelements has an expansion limit of approximately greater than 130 degrees Celsius.
(Item 45)
43. The method of item 42, wherein the second plurality of microelements has an expansion limit that exceeds an expansion limit of the plurality of microelements.
(Item 46)
46. The method of item 45, wherein the expansion limit of the second plurality of microelements is approximately greater than 120 degrees Celsius, and the expansion limit of the plurality of microelements is approximately less than 110 degrees Celsius.
(Item 47)
The mixture of prepolymers, the chain extender or crosslinker, and the second plurality of microelements are viscous and the prepolymer, the chain extender or crosslinker, the plurality of the initial size. 43. The method of item 42, wherein the microelements and the mixture of the second plurality of microelements have essentially the viscosity.
(Item 48)
48. The method of item 47, wherein the viscosity is a predetermined viscosity, and a relative amount of the second plurality of microelements in the mixture is selected based on the predetermined viscosity.
(Item 49)
48. The method of item 47, wherein the plurality of microelements have no or near effect on the viscosity of the mixture.
(Item 50)
The heating step comprises the thermosetting polyurethane material and a final size having a first diameter mode dispersed within the thermosetting polyurethane material, each of the plurality of microelements having a first peak of a size distribution. The plurality of closed cell pores formed by expansion and the second plurality of second modes having a second diameter mode dispersed within the thermosetting polyurethane material and having a second different peak in size distribution. 43. The method of item 42, wherein the shaped abrasive body is provided comprising a second plurality of closed cell pores formed from microelements.
(Item 51)
The plurality of closed cell holes and the second plurality of closed cell holes provide a total cell volume in the thermosetting polyurethane material in a range of approximately 55-80% of the total volume of the thermosetting polyurethane material. The method according to item 50, wherein:
(Item 52)
38. The method of item 37, wherein heating the mixture to provide the shaped abrasive body comprises forming an abrasive body having a density less than 0.5 g / cc.
(Item 53)
53. The method of item 52, wherein the mixture has a density greater than 0.5 g / cc prior to the heating step.
(Item 54)
38. The method of item 37, wherein the mixing step further comprises injecting a gas into the prepolymer and the chain extender or crosslinker or into a product formed therefrom.
(Item 55)
38. The method of item 37, wherein the prepolymer is an isocyanate and the mixing step further comprises adding water to the prepolymer.
(Item 56)
38. The method of item 37, wherein the step of mixing the prepolymer and the chain extender or cross-linking agent includes mixing an isocyanate and an aromatic diamine compound, respectively.
(Item 57)
38. The method of item 37, wherein the mixing step further comprises adding an opacifying filler to the prepolymer and the chain extender or crosslinker to provide an opaque shaped abrasive body.
(Item 58)
38. The method of item 37, wherein heating the mixture includes first first curing in the mold and then further curing in an oven.
(Item 59)
38. A method according to item 37, wherein the heating in the mold includes forming a groove pattern on a polishing surface of the molded abrasive body.
(Item 60)
38. The method of item 37, wherein each of the plurality of microelements having the initial size includes a physical shell, and each of the plurality of microelements having a final size includes an expanded physical shell.
(Item 61)
38. The method of item 37, wherein each of the plurality of microelements having the initial size is a droplet, and each of the plurality of microelements having a final size is a gas bubble.
低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドの製造方法が、本明細書に記述される。以下の記述では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、特定の研磨パッド設計および構成等、多数の特定の詳細が記載される。本発明の実施形態は、これら特定の詳細なしで実施し得ることは、当業者にとって明らかであろう。他の場合、半導体基板の化学的機械的平坦化(CMP)を実施するスラリーと研磨パッドの組み合わせに関する詳細等、周知の処理技法は、本発明の実施形態を不要に曖昧にしないため、詳細に記載されない。さらに、図に示される種々の実施形態は、例証的表現であって、必ずしも、正確な縮尺で描かれていないことを理解されたい。 Low density polishing pads and methods of making low density polishing pads are described herein. In the following description, numerous specific details are set forth, such as specific polishing pad designs and configurations, in order to provide a thorough understanding of embodiments of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that embodiments of the invention may be practiced without these specific details. In other cases, well-known processing techniques, such as details regarding the combination of a slurry and a polishing pad to perform chemical mechanical planarization (CMP) of a semiconductor substrate, do not unnecessarily obscure embodiments of the present invention. Not listed. Furthermore, it should be understood that the various embodiments shown in the figures are illustrative representations and are not necessarily drawn to scale.
本明細書に記載される1つまたはそれを上回る実施形態は、およそ0.6グラム/立方センチメートル(g/cc)を下回る低密度、より具体的には、およそ0.5g/ccを下回る低密度を有する研磨パッドの製造に向けられたものである。結果として得られるパッドは、低密度を提供する独立気泡孔の孔隙を有するポリウレタン材料に基づき得る。低密度パッドは、例えば、バフ研磨パッドまたはライナー/バリア除去等の特殊な化学的機械的研磨(CMP)用途のために設計された研磨パッドとして使用され得る。本明細書に記載される研磨パッドは、いくつかの実施形態では、0.3g/cc〜0.5g/ccの範囲、例えば、およそ0.357g/ccという低い密度を有するように製造され得る。特定の実施形態では、低密度パッドは、0.2g/ccもの低い密度を有する。 One or more embodiments described herein may have a low density below about 0.6 grams / cubic centimeter (g / cc), more specifically, a low density below about 0.5 g / cc. The present invention is directed to the manufacture of a polishing pad having The resulting pad may be based on a polyurethane material having closed cell pore pores that provide low density. The low density pad can be used as a polishing pad designed for special chemical mechanical polishing (CMP) applications such as buff polishing pads or liner / barrier removal, for example. The polishing pads described herein may be manufactured to have a density in the range of 0.3 g / cc to 0.5 g / cc, for example, as low as approximately 0.357 g / cc, in some embodiments. . In certain embodiments, the low density pad has a density as low as 0.2 g / cc.
文脈を示すと、典型的なCMPパッドは、約0.7〜0.8g/cc、概して、少なくとも0.5g/ccを上回る密度を有する。従来、典型的なCMPバフパッドは、表面に開いた大きな気泡を用いた「通気性(poromeric)」設計を有する。POLITEX研磨パッドの場合等では、複合ポリウレタン表皮が、支持体上に含まれる。従来、バフパッドは、連続気泡の孔隙(例えば、繊維パッドおよび「通気性」パッド)で作られ、非常に柔らかく、低密度である。そのようなパッドは、典型的には、CMPの2つの基本的な問題、すなわち、従来の独立気泡ポリウレタン(但し、高密度の)CMPパッドに比べ、短寿命で性能が不安定であるという問題に関連付けられる。図1Aおよび1Bは、それぞれ、従来技術によるPOLITEX研磨パッドを、上からおよび断面で見た写真である。図1Aを参照すると、POLITEX研磨パッドの部分100Aは、300倍に拡大された走査型電子顕微鏡(SEM)像として示される。図1Bを参照すると、POLITEX研磨パッドの部分100Bは、100倍に拡大された走査型電子顕微鏡(SEM)像として示される。図1Aおよび1Bの両方を参照すると、従来技術パッドの連続気泡構造が容易に見て取れる。 In context, typical CMP pads have a density of about 0.7 to 0.8 g / cc, generally at least above 0.5 g / cc. Traditionally, typical CMP buff pads have a “pomeric” design using large bubbles open on the surface. In the case of a POLITEX polishing pad, etc., a composite polyurethane skin is included on the support. Traditionally, buff pads are made of open cell pores (eg, fiber pads and “breathable” pads) and are very soft and low density. Such pads typically have two basic problems with CMP: short life and unstable performance compared to conventional closed cell polyurethane (but high density) CMP pads. Associated with FIGS. 1A and 1B are photographs of a prior art POITEX polishing pad as viewed from above and in cross-section, respectively. Referring to FIG. 1A, a POLITEX polishing pad portion 100A is shown as a scanning electron microscope (SEM) image magnified 300 times. Referring to FIG. 1B, a POLYTEX polishing pad portion 100B is shown as a scanning electron microscope (SEM) image magnified 100 times. Referring to both FIGS. 1A and 1B, the open cell structure of the prior art pad can be easily seen.
より一般的には、基本的な課題の1つは、高い孔隙および低密度を有する独立気泡ポリウレタンパッドを作り出すことにある。成形または鋳造プロセスによる低密度ポリウレタンパッドの製造に関する我々独自の調査は、添加されたポロゲンに基づいてパッド材料内に独立気泡孔を最終的に提供するように、増加された量のポロゲンをパッド製剤混合物内に単に添加することは、難しいことを示した。特に、典型的なパッド製剤よりも多くのポロゲンを添加すると、鋳造または成形プロセスが管理不能になるレベルまで製剤の粘性が増加し得る。それは、事前膨張したポロゲンまたは成形もしくは鋳造プロセス全体を通して本質的に同じ体積を維持するポロゲンを含める場合、特に困難となり得る。本発明の実施形態によると、未膨張のポロゲンまたは成形もしくは鋳造プロセス全体を通して体積が増大するポロゲンは、究極的な生成のためパッド製剤に含められる。しかしながら、1つのそのような実施形態では、全ての最終的な独立気泡孔が未膨張のポロゲンから生成される場合、製剤の粘性は、鋳造または成形の扱いやすさの点で低くなり過ぎ得る。そのため、ある実施形態では、未膨張のポロゲンまたは成形もしくは鋳造プロセス全体を通して体積が増大するポロゲンを含む製剤を形成することに加えて、事前膨張したポロゲンまたは成形もしくは鋳造プロセス全体を通して本質的に同じ体積を維持するポロゲンもまた、パッド製剤の粘性調整を可能にするように含まれる。 More generally, one of the basic challenges is to create a closed cell polyurethane pad with high porosity and low density. Our own research on the production of low density polyurethane pads by molding or casting process is based on the added porogen pad formulation with an increased amount of porogen to ultimately provide closed cell pores in the pad material It has proven difficult to simply add it into the mixture. In particular, adding more porogen than a typical pad formulation can increase the viscosity of the formulation to a level where the casting or molding process becomes unmanageable. It can be particularly difficult when including pre-expanded porogens or porogens that maintain essentially the same volume throughout the molding or casting process. According to embodiments of the present invention, unexpanded porogens or porogens that increase in volume throughout the molding or casting process are included in the pad formulation for ultimate production. However, in one such embodiment, if all the final closed cell pores are generated from unexpanded porogen, the viscosity of the formulation can be too low in terms of ease of handling of casting or molding. Thus, in certain embodiments, in addition to forming a formulation comprising unexpanded porogen or porogen that increases in volume throughout the molding or casting process, essentially the same volume throughout the pre-expanded porogen or molding or casting process. A porogen that maintains the viscosity is also included to allow for adjustment of the viscosity of the pad formulation.
したがって、ある実施形態では、常温より高い温度で膨張する未膨張(Unexpanded)ポロゲン充填材または過少膨張(Underexpanded)ポロゲン充填材(いずれもUPFと称される)が、鋳造または成形による製造の間に研磨パッド内に孔隙を作るように用いられる。1つのそのような実施形態では、大量のUPFがポリウレタン形成混合物中に含まれる。UPFは、パッド鋳造プロセスの間に膨張し、独立気泡孔を有する低密度パッドを作り出す。研磨パッドを作り出す上記のアプローチは、連続気泡を有する低密度パッドを形成するのに用いられてきた他の技法に対して利点を有し得る。例えば、ガス注入またはエントレインメントのみに基づいて最終的なパッド孔隙を作ることは、専用機器を必要とし得、最終パッド密度の制御の困難さと最終気孔サイズおよび分布の制御の困難さとが付随し得る。別の例として、例えば、CO2の泡を作り出すイソシアネート部分(NCO)の水反応等のその場ガス発生のみに基づいて最終的なパッド孔隙を作ることは、気孔のサイズ分布を制御することに困難が付随し得る。 Thus, in certain embodiments, an unexpanded or underexpanded porogen filler (both referred to as UPF) that expands at a temperature above ambient temperature is produced during casting or molding production. Used to create pores in the polishing pad. In one such embodiment, a large amount of UPF is included in the polyurethane-forming mixture. The UPF expands during the pad casting process, creating a low density pad with closed cell holes. The above approach of creating a polishing pad may have advantages over other techniques that have been used to form low density pads with open cells. For example, creating the final pad pores based solely on gas injection or entrainment may require specialized equipment and may be associated with difficult control of the final pad density and control of the final pore size and distribution. . As another example, creating the final pad pores based solely on in situ gas evolution, such as, for example, the water reaction of an isocyanate moiety (NCO) that creates CO 2 bubbles, can control the pore size distribution. Difficulties can accompany.
本発明のある側面では、低密度研磨パッドは、成形プロセスで製造され得る。例えば、図2A〜2Gは、本発明の実施形態による、研磨パッドの製造に用いられる操作の断面を図示する。 In one aspect of the invention, the low density polishing pad can be manufactured by a molding process. For example, FIGS. 2A-2G illustrate a cross-section of operations used to manufacture a polishing pad, according to an embodiment of the present invention.
図2Aを参照すると、成形型200が提供される。図2Bを参照すると、プレポリマー202および硬化剤204(例えば、鎖延長剤または架橋剤)が複数の微小要素と混合され、混合物を形成する。ある実施形態では、複数の微小要素は、中実または中空の微小球等の複数のポロゲン206である。別の実施形態では、複数の微小要素は、複数のガス泡もしくは液滴またはその両方208である。別の実施形態では、複数の微小要素は、複数のポロゲン206と複数のガス泡もしくは液滴またはその両方208との組み合わせである。 Referring to FIG. 2A, a mold 200 is provided. Referring to FIG. 2B, prepolymer 202 and curing agent 204 (eg, chain extender or crosslinker) are mixed with a plurality of microelements to form a mixture. In some embodiments, the plurality of microelements are a plurality of porogens 206, such as solid or hollow microspheres. In another embodiment, the plurality of microelements are a plurality of gas bubbles and / or droplets 208. In another embodiment, the plurality of microelements is a combination of a plurality of porogens 206 and a plurality of gas bubbles or droplets 208 or both.
図2Cを参照すると、図2Bから結果として得られる混合物210が、成形型200の底部に示される。混合物210は、第1の複数の微小要素212を含み、第1の複数の微小要素のそれぞれは、初期サイズを有する。以下に詳述するように、第2の複数の微小要素214も混合物210に含まれ得る。 Referring to FIG. 2C, the resulting mixture 210 from FIG. 2B is shown at the bottom of the mold 200. Mixture 210 includes a first plurality of microelements 212, each of the first plurality of microelements having an initial size. As described in detail below, a second plurality of microelements 214 may also be included in the mixture 210.
図2Dを参照すると、成形型200の蓋216は、成形型200の底部と一緒にされ、混合物210は、成形型200の形状をとる。ある実施形態では、型200は、空洞やボイドが成形型210内で生じないように、蓋216および成形型200の底部を一緒にする際またはその間に脱ガスされる。成形型の蓋を降ろすと記述する本明細書に記載の実施形態は、単に、蓋と成形型の底部とを一緒にすることのみを必要とすることを理解されたい。つまり、いくつかの実施形態では、成形型の底部は、成形型の蓋に向かって持ち上げられ、一方、他の実施形態では、成形型の蓋は、底部が蓋に向かって持ち上げられるのと同時に、成形型の底部に向かって降ろされる。 Referring to FIG. 2D, the lid 216 of the mold 200 is brought together with the bottom of the mold 200 and the mixture 210 takes the shape of the mold 200. In certain embodiments, the mold 200 is degassed during or between the lid 216 and the bottom of the mold 200 so that no cavities or voids are created in the mold 210. It should be understood that the embodiments described herein that describe the mold lid as being lowered require only that the lid and the bottom of the mold be brought together. That is, in some embodiments, the bottom of the mold is raised toward the lid of the mold, while in other embodiments, the lid of the mold is at the same time as the bottom is lifted toward the lid. , Lowered toward the bottom of the mold.
図2Eを参照すると、混合物210は、成形型200内で加熱される。複数の微小要素212のそれぞれは、加熱の間に、最終のより大きなサイズ218に膨張させられる。加えて、図2Fを参照すると、加熱は、微小要素218と、仮に存在する場合には微小要素214とを囲む、部分的または完全に硬化したパッド材料220を提供するように、混合物210を硬化させるのに用いられる。1つのそのような実施形態では、硬化は、プレポリマーおよび硬化剤の材料に基づく架橋マトリクスを形成する。 Referring to FIG. 2E, the mixture 210 is heated in the mold 200. Each of the plurality of microelements 212 is expanded to a final larger size 218 during heating. In addition, referring to FIG. 2F, heating cures mixture 210 to provide a partially or fully cured pad material 220 that surrounds microelement 218 and, if present, microelement 214. Used to make In one such embodiment, curing forms a crosslinked matrix based on the prepolymer and curing agent materials.
図2Eおよび2Fをまとめて参照すると、微小要素212を最終のより大きなサイズ218に膨張させるステップおよび混合物210を硬化させるステップの順番は、必ずしも図示された順とは限らないことを理解されたい。別の実施形態では、加熱ステップの間に、混合物210の硬化ステップは、微小要素212の最終のより大きなサイズ218への膨張ステップに先立って生じる。別の実施形態では、加熱ステップの間に、混合物210の硬化ステップは、微小要素212の最終のより大きなサイズ218への膨張ステップと同時に生じる。さらに別の実施形態では、2つの別個の加熱操作が、混合物210を硬化させ、微小要素212を最終のより大きなサイズ218に膨張させるようにそれぞれ行われる。 Referring to FIGS. 2E and 2F together, it should be understood that the order of the steps of expanding the microelement 212 to the final larger size 218 and curing the mixture 210 is not necessarily the order shown. In another embodiment, during the heating step, the curing step of the mixture 210 occurs prior to the expansion step of the microelement 212 to the final larger size 218. In another embodiment, during the heating step, the curing step of the mixture 210 occurs simultaneously with the expansion step of the microelement 212 to the final larger size 218. In yet another embodiment, two separate heating operations are each performed to cure the mixture 210 and expand the microelement 212 to the final larger size 218.
図2Gを参照すると、ある実施形態では、上述のプロセスは、低密度研磨パッド220を提供するのに用いられる。低密度研磨パッド222は、硬化した材料220で構成され、膨張した微小要素218を、ある実施形態では、追加的微小要素214とともに含む。ある実施形態では、低密度研磨パッド222は、熱硬化性ポリウレタン材料で構成され、膨張した微小要素218は、熱硬化性ポリウレタン材料内に分散した複数の独立気泡孔を提供する。図2Gを再び参照すると、図の下部分は、a−a’軸に沿って取られた上部断面の平面図である。本平面図に見られるように、ある実施形態では、低密度研磨パッド222は、溝模様をそこに持つ研磨表面228を有する。示されるような1つの特定の実施形態では、溝模様は、放射状溝226および同心円状溝228を含む。 Referring to FIG. 2G, in some embodiments, the process described above is used to provide a low density polishing pad 220. The low density polishing pad 222 is composed of a cured material 220 and includes expanded microelements 218 along with additional microelements 214 in certain embodiments. In certain embodiments, the low density polishing pad 222 is composed of a thermoset polyurethane material and the expanded microelements 218 provide a plurality of closed cell pores dispersed within the thermoset polyurethane material. Referring again to FIG. 2G, the lower part of the figure is a top plan view taken along the a-a ′ axis. As seen in this plan view, in one embodiment, the low density polishing pad 222 has a polishing surface 228 having a groove pattern therein. In one particular embodiment as shown, the groove pattern includes radial grooves 226 and concentric grooves 228.
図2Dおよび2Eを再び参照すると、ある実施形態では、複数の微小要素212のそれぞれは、複数の微小要素のそれぞれの体積をおよそ3〜1000倍の範囲で増加させることにより最終サイズ218に膨張される。ある実施形態では、複数の微小要素212のそれぞれは、複数の微小要素218のそれぞれの最終直径がおよそ10〜200ミクロンとなるように、最終サイズ214に膨張される。ある実施形態では、複数の微小要素212のそれぞれは、複数の微小要素212のそれぞれの密度をおよそ3〜1000倍の範囲で減少させることにより最終サイズ218に膨張される。ある実施形態では、複数の微小要素212のそれぞれは、最終サイズの複数の微小要素218のそれぞれを本質的に球形に形成することにより最終サイズ218に膨張される。 Referring again to FIGS. 2D and 2E, in one embodiment, each of the plurality of microelements 212 is expanded to a final size 218 by increasing the volume of each of the plurality of microelements in a range of approximately 3 to 1000 times. The In certain embodiments, each of the plurality of microelements 212 is expanded to a final size 214 such that the final diameter of each of the plurality of microelements 218 is approximately 10-200 microns. In some embodiments, each of the plurality of microelements 212 is expanded to a final size 218 by reducing the density of each of the plurality of microelements 212 in a range of approximately 3 to 1000 times. In certain embodiments, each of the plurality of microelements 212 is expanded to a final size 218 by forming each of the plurality of final size microelements 218 in an essentially spherical shape.
ある実施形態では、複数の微小要素212は、その後パッド材料製剤内において、仕上がった研磨パッド材料内に独立気泡孔を形成するように膨張する添加ポロゲン、ガス泡、または液泡である。そのようなある実施形態では、複数の独立気泡孔は、対応するより小さなポロゲンを膨張させることによって形成される複数のより大きなポロゲンである。例えば、用語「ポロゲン」は、「中空」中心部を有するミクロまたはナノスケールの球状または略球状粒子を示すように用いられ得る。中空中心部は、固体材料で満たされておらず、むしろ、ガス状または液状のコアを含む。ある実施形態では、複数の独立気泡孔は、混合物全体に分布された未膨張のガス充填または液充填EXPANCELTMとして始まる。例えば、成形プロセスによって、混合物から研磨パッドを成形する際および/または間に、未膨張のガス充填または液充填EXPANCELTMは、膨張された状態になる。具体的な実施形態では、EXPANCELTMは、ペンタンで充填される。ある実施形態では、複数の独立気泡孔のそれぞれは、その膨張後の状態、例えば、最終製品で、およそ10〜100ミクロンの範囲の直径を有する。したがって、ある実施形態では、初期サイズを有する複数の微小要素のそれぞれは、物理的シェルを含み、最終サイズを有する複数の微小要素のそれぞれは、膨張した物理的シェルを含む。別の実施形態では、初期サイズを有する複数の微小要素212のそれぞれは、液滴であり、最終サイズを有する複数の微小要素218のそれぞれはガス泡である。さらに別の実施形態では、最終サイズを有する複数の微小要素218を形成するために混合物210を形成する混合ステップは、プレポリマーおよび鎖延長剤もしくは架橋剤、またはそれらから形成される製品にガスを注入するステップをさらに含む。そのような特定の実施形態では、プレポリマーは、イソシアネートであり、混合ステップは、プレポリマーに水を加えるステップをさらに含む。いずれの場合も、ある実施形態では、複数の独立気泡孔は、互いに個別の気孔を含む。それは、一般のスポンジ内の気孔の場合等のようにトンネルを通して互いにつながり得る連続気泡孔とは対照的である。 In certain embodiments, the plurality of microelements 212 are additive porogens, gas bubbles, or liquid bubbles that subsequently expand to form closed cell pores in the finished polishing pad material within the pad material formulation. In some such embodiments, the plurality of closed cell pores are a plurality of larger porogens formed by expanding a corresponding smaller porogen. For example, the term “porogen” can be used to indicate a micro or nanoscale spherical or nearly spherical particle having a “hollow” center. The hollow center is not filled with solid material, but rather includes a gaseous or liquid core. In some embodiments, the plurality of closed cell pores begins as an unexpanded gas-filled or liquid-filled EXPANCEL ™ distributed throughout the mixture. For example, an unexpanded gas-filled or liquid-filled EXPANCEL ™ is in an expanded state during and / or during the molding of a polishing pad from the mixture by a molding process. In a specific embodiment, EXPANCEL ™ is filled with pentane. In some embodiments, each of the plurality of closed cell pores has a diameter in the range of approximately 10-100 microns in its expanded state, eg, the final product. Thus, in some embodiments, each of the plurality of microelements having an initial size includes a physical shell, and each of the plurality of microelements having a final size includes an expanded physical shell. In another embodiment, each of the plurality of microelements 212 having an initial size is a droplet, and each of the plurality of microelements 218 having a final size is a gas bubble. In yet another embodiment, the mixing step of forming the mixture 210 to form a plurality of microelements 218 having a final size involves gassing the prepolymer and the chain extender or crosslinker, or the product formed therefrom. Injecting further. In certain such embodiments, the prepolymer is an isocyanate and the mixing step further includes adding water to the prepolymer. In any case, in some embodiments, the plurality of closed cell pores include individual pores. It is in contrast to open cell holes that can be connected to each other through a tunnel, such as in the case of pores in a typical sponge.
図2C〜2Eを再び参照すると、ある実施形態では、プレポリマー202および鎖延長剤または架橋剤204を複数の微小要素212と混合するステップは、混合物210を形成するように第2の複数の微小要素214と混合するステップをさらに含む。第2の複数の微小要素214のそれぞれは、サイズを有する。そのようなある実施形態では、図2Eと関連して記述された加熱ステップは、図2Eに描示されるように、第2の複数の微小要素214のそれぞれのサイズが加熱の前後で本質的に同じとなるよう、十分に低い温度で行われる。そのような特定の実施形態では、加熱ステップは、およそ摂氏100度またはそれを下回る温度で行われ、第2の複数の微小要素214は、およそ摂氏130度を上回る膨張限界(expansion threshold)を有する。別の実施形態では、第2の複数の微小要素214は、複数の微小要素212の膨張限界を上回る膨張限界を有する。そのようなある特定の実施形態では、第2の複数の微小要素214の膨張限界は、およそ摂氏120度を上回り、複数の微小要素212の膨張限界は、およそ摂氏110度を下回る。このように、ある実施形態では、加熱ステップの間に、微小要素212は、膨張した微小要素218を提供するように膨張する一方、微小要素214は、本質的に変わらないままである。 Referring again to FIGS. 2C-2E, in some embodiments, the step of mixing the prepolymer 202 and the chain extender or crosslinker 204 with the plurality of microelements 212 includes forming a second plurality of microparticles to form the mixture 210. The method further includes mixing with element 214. Each of the second plurality of microelements 214 has a size. In certain such embodiments, the heating step described in connection with FIG. 2E may be such that the size of each of the second plurality of microelements 214 is essentially before and after heating, as depicted in FIG. 2E. Performed at a sufficiently low temperature to be the same. In certain such embodiments, the heating step is performed at a temperature of approximately 100 degrees Celsius or less, and the second plurality of microelements 214 has an expansion threshold greater than approximately 130 degrees Celsius. . In another embodiment, the second plurality of microelements 214 has an expansion limit that exceeds the expansion limit of the plurality of microelements 212. In certain such embodiments, the expansion limit of the second plurality of microelements 214 is approximately greater than 120 degrees Celsius, and the expansion limit of the plurality of microelements 212 is approximately less than 110 degrees Celsius. Thus, in certain embodiments, during the heating step, microelement 212 expands to provide expanded microelement 218 while microelement 214 remains essentially unchanged.
ある実施形態では、第2の複数の微小要素214のそれぞれは、研磨パッド全体に(例えば、その中に負荷的な要素として)分布した、事前膨張し、ガス充填されたEXPANCELTMで構成され得る。すなわち、微小要素214に起こり得る任意の顕著な膨張は、研磨パッド形成にそれらを含めるのに先立って、例えば、混合物210に含まれる前に行われる。具体的な実施形態では、事前膨張したEXPANCELTMは、ペンタンで満たされている。ある実施形態では、微小要素214は、およそ10〜100ミクロンの範囲の直径を有する(成形プロセスの間に皆無かそれに近い変化を伴う214として再度示される)複数の独立気泡孔を提供する。ある実施形態では、結果として生じる複数の独立気泡孔は、互いに個別の気孔を含む。それは、一般のスポンジ内の気孔の場合等のようにトンネルを通して互いにつながり得る連続気泡孔とは対照的である。 In certain embodiments, each of the second plurality of microelements 214 may be comprised of a pre-expanded, gas-filled EXPANCEL ™ distributed throughout the polishing pad (eg, as a load element therein). . That is, any significant swelling that can occur in the microelements 214 occurs prior to inclusion in the polishing pad formation, for example, prior to inclusion in the mixture 210. In a specific embodiment, the pre-expanded EXPANCEL ™ is filled with pentane. In certain embodiments, the microelement 214 provides a plurality of closed cell pores (represented as 214 with no or near changes during the molding process) having a diameter in the range of approximately 10-100 microns. In certain embodiments, the resulting plurality of closed cell pores include individual pores. It is in contrast to open cell holes that can be connected to each other through a tunnel, such as in the case of pores in a typical sponge.
上述したように、典型的なパッド製剤よりも多くのポロゲンを添加することにより孔隙を増加させると、鋳造または成形プロセスが管理不能になるレベルまで製剤の粘性が増加し得る。それは、事前膨張したポロゲンまたは成形もしくは鋳造プロセス全体を通して本質的に同じ体積を維持するポロゲンを含める場合、特に困難となり得る。一方、全ての最終的な独立気泡孔が未膨張のポロゲンから生成される場合、製剤の粘性は、鋳造または成形の扱いやすさの点で低くなり過ぎ得る。そのような状況に対処するため、本発明の実施形態によれば、概念上、プレポリマー202、鎖延長剤もしくは架橋剤204、および第2の複数の微小要素214の混合物は、粘性を有する。その一方で、プレポリマー202、鎖延長剤もしくは架橋剤204、初期サイズを有する複数の微小要素212、および第2の複数の微小要素214の混合物は、本質的に同じ粘性を有する。すなわち、初期の(より小さい)サイズを有する複数の微小要素212の含有は、混合物の粘性に対し皆無かそれに近い影響を及ぼす。ある実施形態では、そのため、最適な成形条件について記述される粘性は、成形プロセス全体を通して本質的に一定のままであるサイズを持った第2の複数の微小要素の含有に基づき選定され得る。そのようなある実施形態では、そのため、粘性は所定の粘性であり、混合物210中における第2の複数の微小要素214の相対量は、所定の粘性に基づいて選定される。そして、ある実施形態では、複数の微小要素212は、混合物210の粘性に対し皆無かそれに近い効果を有する。 As mentioned above, increasing the porosity by adding more porogen than a typical pad formulation can increase the viscosity of the formulation to a level where the casting or molding process becomes unmanageable. It can be particularly difficult when including pre-expanded porogens or porogens that maintain essentially the same volume throughout the molding or casting process. On the other hand, if all the final closed cell pores are generated from unexpanded porogen, the viscosity of the formulation can be too low in terms of handling ease of casting or molding. To address such situations, according to an embodiment of the present invention, conceptually, the mixture of prepolymer 202, chain extender or crosslinker 204, and second plurality of microelements 214 is viscous. On the other hand, the prepolymer 202, the chain extender or crosslinker 204, the plurality of microelements 212 having an initial size, and the mixture of the second plurality of microelements 214 have essentially the same viscosity. That is, the inclusion of a plurality of microelements 212 having an initial (smaller) size has little or no effect on the viscosity of the mixture. In some embodiments, the viscosity described for optimal molding conditions can thus be selected based on the inclusion of a second plurality of microelements having a size that remains essentially constant throughout the molding process. In some such embodiments, therefore, the viscosity is a predetermined viscosity, and the relative amount of the second plurality of microelements 214 in the mixture 210 is selected based on the predetermined viscosity. In some embodiments, the plurality of microelements 212 has no or near effect on the viscosity of the mixture 210.
図2Eを再び参照すると、ある実施形態では、2種の異なる複数の微小要素が含まれる場合、膨張した最終サイズを有する複数の微小要素218のそれぞれは、描示されるように、加熱プロセスを通して膨張しない複数の微小要素214のそれぞれとほぼ同じ形状およびサイズを有する。しかしながら、膨張した最終サイズを有する複数の微小要素218のそれぞれは、複数の微小要素214のそれぞれと同じ形状および/またはサイズを有する必要があるわけではないことを理解されたい。ある実施形態では、図6A〜6Cと関連して後に詳述されるように、結果として成形されたパッド222の研磨体は、独立気泡孔として、サイズ分布の第1のピークを持つ第1の直径モードを有する複数の膨張した微小要素218を含む。独立気泡孔としてともに含まれるものに、サイズ分布の第2の異なるピークを持つ第2の直径モードを有する第2の複数の微小要素214がある。そのようなある実施形態では、微小要素218の複数の独立気泡孔と微小要素214の第2の複数の独立気泡孔とは、低密度研磨パッド222の熱硬化性ポリウレタン材料の総体積のおよそ55〜80%の範囲の総気孔体積を熱硬化性ポリウレタン材料内に提供する。 Referring again to FIG. 2E, in one embodiment, when two different microelements are included, each of the microelements 218 having an expanded final size is expanded through a heating process, as depicted. It has substantially the same shape and size as each of the plurality of microelements 214 that are not. However, it should be understood that each of the plurality of microelements 218 having an expanded final size need not have the same shape and / or size as each of the plurality of microelements 214. In one embodiment, as will be described in detail below in connection with FIGS. 6A-6C, the resulting molded pad 222 abrasive body has a first peak with a first peak in size distribution as a closed cell hole. It includes a plurality of expanded microelements 218 having a diameter mode. Included together as a closed cell hole is a second plurality of microelements 214 having a second diameter mode with a second different peak in size distribution. In some such embodiments, the plurality of closed cell pores of microelement 218 and the second plurality of closed cell holes of microelement 214 are approximately 55 of the total volume of thermoset polyurethane material of low density polishing pad 222. Provide a total pore volume in the thermoset polyurethane material in the range of -80%.
図2D〜2Gを再び参照すると、ある実施形態では、成形された研磨体222を提供するように混合物210を加熱するステップは、0.5g/ccを下回る密度を有する研磨体222を形成するステップを含む。しかしながら、そのようなある実施形態では、混合物210は、加熱ステップに先立って0.5g/ccを上回る密度を有する。ある実施形態では、プレポリマー202は、イソシアネートで、鎖延長剤または架橋剤204は、芳香族ジアミン化合物であり、研磨パッド222は、熱硬化性ポリウレタン材料220で構成される。そのようなある実施形態では、混合物210を形成するステップは、最終的に不透明な成形された研磨体222を提供するように、プレポリマー202および鎖延長剤もしくは架橋剤204に不透明化充填剤を添加するステップをさらに含む。そのような特定の実施形態では、不透明化充填剤は、限定ではないが、窒化ホウ素、フッ化セリウム、黒鉛、フッ化黒鉛、硫化モリブデン、硫化ニオブ、タルク、硫化タンタル、二硫化タングステン、またはテフロン(登録商標)等の材料である。ある実施形態では、上に簡単に述べたように、混合物210は、型200内で部分的にのみ硬化され、ある実施形態では、成形型220からの除去の後、オーブン内でさらに硬化される。 Referring again to FIGS. 2D-2G, in one embodiment, heating mixture 210 to provide shaped abrasive body 222 forms abrasive body 222 having a density of less than 0.5 g / cc. including. However, in certain such embodiments, mixture 210 has a density greater than 0.5 g / cc prior to the heating step. In some embodiments, prepolymer 202 is an isocyanate, chain extender or crosslinker 204 is an aromatic diamine compound, and polishing pad 222 is comprised of a thermosetting polyurethane material 220. In certain such embodiments, the step of forming the mixture 210 includes adding an opacifying filler to the prepolymer 202 and the chain extender or crosslinker 204 to provide a final opaque shaped abrasive body 222. The method further includes the step of adding. In certain such embodiments, the opacifying filler is, but not limited to, boron nitride, cerium fluoride, graphite, graphite fluoride, molybdenum sulfide, niobium sulfide, talc, tantalum sulfide, tungsten disulfide, or Teflon. (Registered trademark) and other materials. In some embodiments, as briefly mentioned above, the mixture 210 is only partially cured in the mold 200, and in some embodiments is further cured in an oven after removal from the mold 220. .
ある実施形態では、研磨パッド前駆体混合物210は、熱硬化性、独立気泡孔ポリウレタン材料で構成された成形された均質研磨体222を形成するのに用いられる。そのようなある実施形態では、研磨パッド前駆体混合物210は、硬質パッドを最終的に形成するのに用いられ、単一種の硬化剤204のみが使用される。別の実施形態では、研磨パッド前駆体混合物210は、軟質パッドを最終的に形成するのに用いられ、(合わさって210を提供する)1次および2次の硬化剤の組み合わせが使用される。例えば、具体的な実施形態では、プレポリマー202は、ポリウレタン前駆体を含み、1次硬化剤は、芳香族ジアミン化合物を含み、2次硬化剤は、エーテル結合剤を含む。特定の実施形態では、ポリウレタン前駆体は、イソシアネートで、1次硬化剤は、芳香族ジアミンであり、2次硬化剤は、限定ではないが、ポリテトラメチレングリコール、アミン官能化グリコール、またはアミノ官能化ポリオキシプロピレン等の硬化剤である。ある実施形態では、プレポリマー202、1次硬化剤、および2次硬化剤(合わせて204)は、およそのモル比として、106部のプレポリマー、85部の1次硬化剤、および15部の2次硬化剤を有し、すなわち、プレポリマー:硬化剤比がおよそ1:0.96の化学量論組成を提供する。様々な硬度値を有する研磨パッドまたはプレポリマーの特定の性質ならびに第1および第2の硬化剤に基づく様々な比率が用いられ得ることを理解されたい。 In some embodiments, the polishing pad precursor mixture 210 is used to form a shaped homogeneous abrasive 222 composed of a thermoset, closed cell polyurethane material. In some such embodiments, the polishing pad precursor mixture 210 is used to ultimately form a hard pad and only a single type of curing agent 204 is used. In another embodiment, the polishing pad precursor mixture 210 is used to ultimately form a soft pad, using a combination of primary and secondary curing agents (together to provide 210). For example, in a specific embodiment, the prepolymer 202 includes a polyurethane precursor, the primary curing agent includes an aromatic diamine compound, and the secondary curing agent includes an ether binder. In certain embodiments, the polyurethane precursor is an isocyanate, the primary curing agent is an aromatic diamine, and the secondary curing agent includes, but is not limited to, polytetramethylene glycol, amine functionalized glycol, or amino functional Hardener such as modified polyoxypropylene. In some embodiments, the prepolymer 202, the primary curing agent, and the secondary curing agent (combined 204) are in an approximate molar ratio of 106 parts prepolymer, 85 parts primary curing agent, and 15 parts. Provide a stoichiometric composition with a secondary curing agent, ie, a prepolymer: curing agent ratio of approximately 1: 0.96. It should be understood that different ratios based on the specific properties of the polishing pad or prepolymer having different hardness values and the first and second curing agents can be used.
図2Gを再び参照すると、上述のように、ある実施形態では、成形型200を加熱するステップは、成形された研磨体222の研磨表面224に溝模様を形成するステップを含む。示されるような溝模様は、放射状溝および同心円状の円周溝を含む。放射状溝または円周溝は、省略され得ることを理解されたい。さらに、同心円状円周溝は、代わりにネストされた(nested)三角形、四角形、五角形、六角形等の多角形でもよい。代わりに、研磨表面は、溝に代わって突起に基づき得る。さらに、低密度研磨パッドは、研磨表面に溝なしで製造され得る。そのようなある実施例では、成形装置の模様なし蓋が、模様付き蓋の代わりに使用される。または、代わりに、成形中の蓋の使用は、省略され得る。成形中に蓋を使用する場合、混合物210は、およそ平方インチあたり2〜12ポンドの範囲の圧力の元で加熱され得る。 Referring again to FIG. 2G, as described above, in one embodiment, heating the mold 200 includes forming a groove pattern on the polishing surface 224 of the molded abrasive body 222. The groove pattern as shown includes radial grooves and concentric circumferential grooves. It should be understood that radial or circumferential grooves can be omitted. Furthermore, the concentric circumferential grooves may instead be nested triangles, squares, pentagons, hexagons, and other polygons. Alternatively, the polishing surface can be based on protrusions instead of grooves. Furthermore, low density polishing pads can be manufactured without grooves in the polishing surface. In one such embodiment, the patternless lid of the molding apparatus is used in place of the patterned lid. Alternatively, the use of a lid during molding can be omitted. When using a lid during molding, the mixture 210 can be heated under a pressure in the range of approximately 2-12 pounds per square inch.
ある側面では、低密度パッドは、独立気泡孔を有して製造され得る。例えば、ある実施形態では、研磨パッドは、0.6を下回る密度を有し、熱硬化性ポリウレタン材料で構成された研磨体を含む。複数の独立気泡孔は、熱硬化性ポリウレタン材料内に分散される。特定の実施形態では、密度は、0.5g/ccを下回る。ある実施形態では、複数の独立気泡孔は、熱硬化性ポリウレタン材料の総体積のおよそ55〜80%の範囲の総気孔体積を熱硬化性ポリウレタン材料中に提供する。ある実施形態では、複数の独立気泡孔のそれぞれは、本質的に球状である。ある実施形態では、研磨体は、図2Gと関連して記述されたように、第1の溝付表面と第1の表面の反対側にある第2の平坦な表面とをさらに含む。ある実施形態では、研磨体は、以下に詳述するように、均質研磨体である。 In one aspect, the low density pad can be manufactured with closed cell pores. For example, in one embodiment, the polishing pad includes a polishing body having a density of less than 0.6 and made of a thermoset polyurethane material. The plurality of closed cell pores are dispersed in the thermosetting polyurethane material. In certain embodiments, the density is below 0.5 g / cc. In some embodiments, the plurality of closed cell pores provides a total pore volume in the thermosetting polyurethane material in the range of approximately 55-80% of the total volume of the thermosetting polyurethane material. In certain embodiments, each of the plurality of closed cell holes is essentially spherical. In certain embodiments, the abrasive body further includes a first grooved surface and a second flat surface opposite the first surface, as described in connection with FIG. 2G. In some embodiments, the abrasive body is a homogeneous abrasive body, as described in detail below.
ある例示的実施形態では、複数の独立気泡孔のそれぞれは、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料で構成された物理的シェルを含む。そのような場合、独立気泡孔は、上述のように、最終的なパッド製造に成形される混合物中にポロゲンを含めることよって作られ得る。 In an exemplary embodiment, each of the plurality of closed cell pores includes a physical shell composed of a material different from the thermoset polyurethane material. In such cases, closed cell pores can be created by including porogens in the mixture that is molded into the final pad manufacture, as described above.
別の例示的実施形態では、複数の独立気泡孔のそれぞれは、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料で構成された物理的シェルを含む。複数の独立気泡孔の第1の部分の物理的シェルは、複数の独立気泡孔の第2の部分の物理的シェルとは異なる材料で構成される。そのような場合、独立気泡孔は、上述のように、2種類(例えば、膨張済みおよび未膨張)のポロゲンを最終的なパッド製造のために成形される混合物中に含めることによって作られ得る。 In another exemplary embodiment, each of the plurality of closed cell pores includes a physical shell composed of a material different from the thermoset polyurethane material. The physical shell of the first part of the plurality of closed cell holes is made of a material different from the physical shell of the second part of the plurality of closed cell holes. In such cases, closed cell pores can be created by including two types (eg, expanded and unexpanded) of porogen in the mixture that is shaped for final pad manufacture, as described above.
別の例示的実施形態では、複数の独立気泡孔の一部のみのそれぞれが、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料で構成された物理的シェルを含む。そのような場合、独立気泡孔は、上述のように、最終的なパッド製造のために成形される混合物中にポロゲンおよびガス泡もしくは液滴の両方を含めることによって作られ得る。 In another exemplary embodiment, only a portion of the plurality of closed cell pores includes a physical shell composed of a material different from the thermoset polyurethane material. In such a case, closed cell pores may be created by including both porogen and gas bubbles or droplets in the mixture that is shaped for final pad manufacture, as described above.
別の例示的実施形態では、複数の独立気泡孔のそれぞれは、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料の物理的シェルを含まない。そのような場合、独立気泡孔は、上述のように、最終的なパッド製造のために成形される混合物中に、ガス泡もしくは液滴、またはその両方を含めることによって作られ得る。 In another exemplary embodiment, each of the plurality of closed cell pores does not include a physical shell of a material different from the thermoset polyurethane material. In such cases, closed cell pores can be created by including gas bubbles or droplets, or both, in the mixture that is shaped for final pad manufacture, as described above.
図3は、本発明の実施形態による、ポロゲン充填材に全て基づく独立気泡孔を含む、低密度研磨パッド300の100倍および300倍の倍率での断面写真を図示する。図3を参照すると、示された全ての気孔は、ポロゲンから形成され、そのため、全てが物理的シェルを含む。気孔の一部は、事前膨張したExpancelポロゲンから形成される。別の部分は、研磨パッド300を作るのに用いられる成形プロセス中に膨張される未膨張のExpancelポロゲンから形成される。そのようなある実施形態では、未膨張のExpancelは、設計により、低温で膨張する。成形または鋳造プロセスの温度は、膨張温度を上回り、Expancelは、成形または鋳造の間に急速に膨張する。パッド300の密度は、およそ0.45で、パッド内の全ての気孔は、独立気泡孔である。 FIG. 3 illustrates cross-sectional photographs at 100 × and 300 × magnification of a low density polishing pad 300 including closed cell holes based entirely on a porogen filler, according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 3, all of the pores shown are formed from porogens and therefore all contain a physical shell. Some of the pores are formed from pre-expanded Expandel porogen. Another portion is formed from an unexpanded Expandel porogen that is expanded during the molding process used to make the polishing pad 300. In some such embodiments, unexpanded Expandel expands at low temperatures by design. The temperature of the molding or casting process is above the expansion temperature, and Expandel expands rapidly during molding or casting. The density of the pad 300 is approximately 0.45, and all the pores in the pad are closed cell holes.
図4は、本発明の実施形態による、一部がポロゲン充填材に基づき一部がガス泡に基づく独立気泡孔を含む、低密度研磨パッド400の100倍および300倍の倍率での断面写真を図示する。図4を参照すると、示された小さな気孔は、ポロゲンから形成され、そのため、物理的シェルを含む。より具体的には、小さな気孔は、事前膨張したExpancelポロゲンから形成される。大きな気孔は、ガスを用いて形成される。より具体的には、大きな気孔は、成形または鋳造の直前に、パッド製剤混合物に注入された少量の水および界面活性剤を用いて形成される。鎖延長の化学反応の間に、CO2を形成し、気孔を作る水のNCOとの競合的な化学反応が起こる。界面活性剤の種類および濃度は、触媒の種類およびレベルとともに、気孔サイズと独立/連続気泡孔の比率とを制御することを理解されたい。パッド400の密度は、およそ0.37で、パッド内の気孔の大半は、独立気泡孔である。 FIG. 4 is a cross-sectional photograph at 100 × and 300 × magnification of a low density polishing pad 400, including closed cell holes, partly based on porogen filler and partly based on gas bubbles, according to an embodiment of the present invention. Illustrated. Referring to FIG. 4, the small pores shown are formed from porogen and therefore contain a physical shell. More specifically, small pores are formed from pre-expanded Expandel porogen. Large pores are formed using gas. More specifically, large pores are formed using a small amount of water and surfactant injected into the pad formulation mixture just prior to molding or casting. During the chain extension chemical reaction, a competitive chemical reaction with the NCO of water forms CO 2 and creates pores. It should be understood that the surfactant type and concentration, along with the catalyst type and level, controls the pore size and the ratio of closed / open cell pores. The density of the pad 400 is approximately 0.37, and most of the pores in the pad are closed cell holes.
ある側面では、研磨パッド内の気孔直径の分布は、ベル曲線または単峰性分布である。例えば、図5Aは、本発明の実施形態による、低密度研磨パッド内の気孔直径の広い単峰性分布について、気孔直径の関数としての度数のプロットを図示する。図5Aのプロット500Aを参照すると、単峰性分布は比較的広くあり得る。別の実施例として、図5Bは、本発明の実施形態による、低密度研磨パッド内の気孔直径の狭い単峰性分布について、気孔直径の関数としての度数のプロットを図示する。図5Bのプロット500Bを参照すると、単峰性分布は狭くあり得る。狭い分布または広い分布のいずれにおいても、(実施例として示される)40ミクロンでの最大度数等、唯一の最大直径度数が、研磨パッド内に提供される。 In one aspect, the pore diameter distribution within the polishing pad is a bell curve or a unimodal distribution. For example, FIG. 5A illustrates a plot of power as a function of pore diameter for a wide unimodal distribution of pore diameters within a low density polishing pad, according to an embodiment of the present invention. Referring to plot 500A of FIG. 5A, the unimodal distribution can be relatively wide. As another example, FIG. 5B illustrates a plot of power as a function of pore diameter for a narrow unimodal distribution of pore diameters within a low density polishing pad, according to an embodiment of the present invention. Referring to plot 500B of FIG. 5B, the unimodal distribution may be narrow. In either the narrow or wide distribution, only the maximum diameter power is provided in the polishing pad, such as the maximum power at 40 microns (shown as an example).
別の側面では、低密度研磨パッドは、代わりに、気孔直径の2峰性分布を持って製造され得る。実施例として、図6Aは、本発明の実施形態による、独立気泡孔のおよそ1:1の2峰性分布を有する低密度研磨パッドの断面を図示する。 In another aspect, the low density polishing pad can instead be manufactured with a bimodal distribution of pore diameters. As an example, FIG. 6A illustrates a cross-section of a low density polishing pad having a bimodal distribution of approximately 1: 1 closed cell pores, according to an embodiment of the present invention.
図6Aを参照すると、研磨パッド600は、均質研磨体601を含む。均質研磨体601は、均質研磨体601内に配置された複数の独立気泡孔602を有する熱硬化性ポリウレタン材料で構成される。複数の独立気泡孔602は、直径の多峰性分布を有する。ある実施形態では、直径の多峰性分布は、図6Aに描示されるように、小さな直径モード604と大きな直径モード606とを含む直径の2峰性分布である。 Referring to FIG. 6A, the polishing pad 600 includes a homogeneous polishing body 601. The homogeneous polishing body 601 is made of a thermosetting polyurethane material having a plurality of closed cell holes 602 disposed in the homogeneous polishing body 601. The plurality of closed cell holes 602 have a multimodal distribution of diameters. In certain embodiments, the multimodal distribution of diameters is a bimodal distribution of diameters including a small diameter mode 604 and a large diameter mode 606, as depicted in FIG. 6A.
ある実施形態では、複数の独立気泡孔602は、図6Aに描示されるように、互いに個別の気孔を含む。それは、一般のスポンジ内の気孔の場合等のようにトンネルを通して互いにつながり得る連続気泡孔とは対照的である。ある実施形態では、独立気泡孔のそれぞれは、ポロゲンのシェル等、物理的シェルを含む。しかしながら、別の実施形態では、独立気泡孔のいくつかまたは全ては、物理的シェルを含まない。ある実施形態では、複数の独立気泡孔602、したがって、直径の多峰性分布は、図6Aに描示されるように、均質研磨体601の熱硬化性ポリウレタン材料全体を通して本質的に均一かつ均質に分布される。 In some embodiments, the plurality of closed cell holes 602 include individual pores as depicted in FIG. 6A. It is in contrast to open cell holes that can be connected to each other through a tunnel, such as in the case of pores in a typical sponge. In some embodiments, each of the closed cell pores includes a physical shell, such as a porogen shell. However, in another embodiment, some or all of the closed cell pores do not include a physical shell. In some embodiments, the plurality of closed cell holes 602, and thus the multimodal distribution of diameters, is essentially uniform and homogeneous throughout the thermoset polyurethane material of the homogeneous abrasive 601 as depicted in FIG. 6A. Distributed.
ある実施形態では、複数の独立気泡孔602の気孔直径の2峰性分布は、図6Aに描示されるように、およそ1:1である。概念をより良く図示するため、図6Bは、本発明の実施形態による、図6Aの研磨パッド内における気孔直径の狭い分布について、気孔直径の関数としての度数のプロット620を図示する。図6Cは、本発明の実施形態による、図6Aの研磨パッド内における気孔直径の広い分布について、気孔直径の関数としての度数のプロット630を図示する。 In some embodiments, the bimodal distribution of pore diameters of the plurality of closed cell holes 602 is approximately 1: 1, as depicted in FIG. 6A. To better illustrate the concept, FIG. 6B illustrates a plot 620 of power as a function of pore diameter for a narrow distribution of pore diameters within the polishing pad of FIG. 6A, according to an embodiment of the present invention. FIG. 6C illustrates a plot 630 of power as a function of pore diameter for a wide distribution of pore diameters within the polishing pad of FIG. 6A, according to an embodiment of the present invention.
図6A〜6Cを参照すると、大きな直径モード606の最大度数の直径値は、小さな直径モード604の最大度数の直径値のおよそ2倍である。例えば、ある実施形態では、図6Bおよび6Cに描示されるように、大きな直径モード606の最大度数の直径値は、およそ40ミクロンであり、小さな直径モード604の最大度数の直径値は、およそ20ミクロンである。別の実施例として、大きな直径モード606の最大度数の直径値は、およそ80ミクロンで、小さな直径モード604の最大度数の直径値は、およそ40ミクロンである。 6A-6C, the maximum power diameter value of the large diameter mode 606 is approximately twice the maximum power diameter value of the small diameter mode 604. For example, in one embodiment, as depicted in FIGS. 6B and 6C, the maximum power diameter value for large diameter mode 606 is approximately 40 microns and the maximum power diameter value for small diameter mode 604 is approximately 20 microns. Micron. As another example, the maximum power diameter value for the large diameter mode 606 is approximately 80 microns and the maximum power diameter value for the small diameter mode 604 is approximately 40 microns.
図6Bのプロット620を参照すると、ある実施形態では、気孔直径の分布は、狭い。具体的な実施形態では、大きな直径モード606の度数は、小さな直径モード604の度数と本質的に重なりを有さない。しかしながら、図6Cのプロット630を参照すると、別の実施形態では、気孔直径の分布は、広い。具体的な実施形態では、大きな直径モード606の度数は、小さな直径モード604の度数と重なり合う。気孔直径の2峰性分布は、図6A〜6Cと関連して記述されたように、1:1である必要はないことを理解されたい。また、気孔直径の2峰性分布は、均一である必要はない。別の実施形態では、独立気泡孔の直径の多峰性分布は、第1の溝付表面から第2の平坦表面への勾配をもって、熱硬化性ポリウレタン材料全体を通して傾斜付けされる。そのようなある実施形態では、傾斜付けされた直径の多峰性分布は、第1の溝付表面に近接する小さな直径モードと第2の平坦表面に近接する大きな直径モードとを含む直径の2峰性分布である。 Referring to plot 620 in FIG. 6B, in one embodiment, the pore diameter distribution is narrow. In a specific embodiment, the power of the large diameter mode 606 has essentially no overlap with the power of the small diameter mode 604. However, referring to plot 630 in FIG. 6C, in another embodiment, the distribution of pore diameters is broad. In a specific embodiment, the power of the large diameter mode 606 overlaps the power of the small diameter mode 604. It should be understood that the bimodal distribution of pore diameters need not be 1: 1, as described in connection with FIGS. Also, the bimodal distribution of pore diameters need not be uniform. In another embodiment, the multimodal distribution of closed cell pore diameters is graded throughout the thermoset polyurethane material with a gradient from the first grooved surface to the second flat surface. In some such embodiments, the multimodal distribution of sloped diameters is a diameter of 2 including a small diameter mode proximate to the first grooved surface and a large diameter mode proximate to the second flat surface. It is a peak distribution.
そして、ある実施形態では、低密度研磨パッドは、サイズ分布の第1のピークのある第1の直径モードとサイズ分布の第2の異なるピークのある第2の直径モードとを有する直径の2峰性分布を持った複数の独立気泡孔を有する。そのようなある実施形態では、第1の直径モードの独立気泡は、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料で構成された物理的シェルをそれぞれ含む。そのような特定の実施形態では、第2の直径モードの独立気泡孔は、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料で構成された物理的シェルをそれぞれ含む。そのような特定の実施形態では、第2の直径モードの独立気泡孔のそれぞれの物理的シェルは、第1の直径モードの独立気泡孔の物理的シェルの材料とは異なる材料で構成される。 And in some embodiments, the low density polishing pad is bimodal with a first diameter mode with a first peak in the size distribution and a second diameter mode with a second different peak in the size distribution. It has a plurality of closed cell holes with sex distribution. In certain such embodiments, the first diameter mode closed cells each include a physical shell composed of a material different from the thermoset polyurethane material. In such specific embodiments, the second diameter mode closed cell pores each include a physical shell composed of a material different from the thermoset polyurethane material. In certain such embodiments, the physical shell of each of the second diameter mode closed cell pores is comprised of a different material than the material of the first diameter mode closed cell physical shell.
ある実施形態では、第1の直径モードのサイズ分布の第1のピークは、およそ10〜50ミクロンの範囲の直径を有し、第2の直径モードのサイズ分布の第2のピークは、およそ10〜150ミクロンの範囲の直径を有する。ある実施形態では、第1の直径モードは、第2の直径モードと重なり合う。しかしながら、別の実施形態では、第1の直径モードは、第2の直径モードと本質的に重ならない。ある実施形態では、第1の直径モードの総度数カウント数は、第2の直径モードの総度数カウント数に等しくない。しかしながら、別の実施形態では、第1の直径モードの総度数カウント数は、第2の直径モードの総度数カウント数におよそ等しい。ある実施形態では、直径の2峰性分布は、熱硬化性ポリウレタン材料全体を通して本質的に均一に分布される。しかしながら、別の実施形態では、直径の2峰性分布は、熱硬化性ポリウレタン材料の全体を通して傾斜付けされるように分布される。 In certain embodiments, the first peak of the first diameter mode size distribution has a diameter in the range of approximately 10-50 microns, and the second peak of the second diameter mode size distribution is approximately 10 It has a diameter in the range of ~ 150 microns. In certain embodiments, the first diameter mode overlaps with the second diameter mode. However, in another embodiment, the first diameter mode does not essentially overlap with the second diameter mode. In some embodiments, the total frequency count of the first diameter mode is not equal to the total frequency count of the second diameter mode. However, in another embodiment, the total frequency count of the first diameter mode is approximately equal to the total frequency count of the second diameter mode. In certain embodiments, the bimodal distribution of diameters is essentially uniformly distributed throughout the thermoset polyurethane material. However, in another embodiment, the bimodal distribution of diameters is distributed so as to be graded throughout the thermoset polyurethane material.
ある実施形態では、研磨パッド222、300、もしくは400、または上述されたそれらの変形等の本明細書に記載の低密度研磨パッドは、基板の研磨に好適である。そのようなある実施形態では、研磨パッドは、バフパッドとして使用される。基板は、そこに配置されたデバイスまたは他の層を有するシリコン基板等、半導体製造業界で使用されるものであり得る。しかしながら、基板は、限定されないが、MEMSデバイス、レチクル、または太陽電池モジュール用基板等であり得る。したがって、本明細書で使用されるように、「基板を研磨するための研磨パッド」への参照は、これらの関連する可能性を包含するように意図される。 In certain embodiments, the low density polishing pads described herein, such as polishing pads 222, 300, or 400, or variations thereof described above, are suitable for polishing a substrate. In some such embodiments, the polishing pad is used as a buff pad. The substrate may be one used in the semiconductor manufacturing industry, such as a silicon substrate having devices or other layers disposed thereon. However, the substrate is not limited, and may be a MEMS device, a reticle, a substrate for a solar cell module, or the like. Thus, as used herein, reference to “a polishing pad for polishing a substrate” is intended to encompass these related possibilities.
研磨パッド222、300、もしくは400、または上述されたそれらの変形等、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、熱硬化性ポリウレタン材料の均質研磨体で構成され得る。ある実施形態では、均質研磨体は、熱硬化性の独立気泡孔ポリウレタン材料で構成される。ある実施形態では、用語「均質な」は、熱硬化性の独立気泡孔ポリウレタン材料が、研磨体の組成全体を通して一定であることを示すように用いられる。例えば、ある実施形態では、用語「均質な」は、例えば、異なる材料の多重層の含浸フェルトまたは組成物(複合材)で構成された研磨パッドを除外する。ある実施形態では、用語「熱硬化性」は、例えば、硬化させることにより不融性、不溶性ポリマーネットワークに不可逆的に変化する材料の前駆体等、不可逆的に硬化するポリマー材料を示すのに用いられる。例えば、ある実施形態では、用語「熱硬化性」は、例えば、「熱可塑性」材料または「熱可塑性樹脂」、すなわち、加熱されると液体になり、十分に冷却されると非常にガラス状の状態に戻るポリマーから成る材料で構成された研磨パッドを除外する。熱硬化性材料から作られる研磨パッドは、典型的には、化学反応でポリマーを形成するように反応するより低分子量の前駆体から製造される一方、熱可塑性材料から作られるパッドは、典型的には、研磨パッドが物理的なプロセスで形成されるよう、相変化を引き起こすように既存のポリマーを加熱することによって製造されることに留意されたい。ポリウレタン熱硬化性ポリマーは、それらの安定した熱的および機械的特性、化学的環境に対する耐性、ならびに、耐摩耗性の傾向に基づいて、本明細書に記載される研磨パッドの製造用に選択され得る。 The low density polishing pads described herein, such as polishing pads 222, 300, or 400, or variations thereof described above, can be composed of a homogeneous abrasive body of a thermosetting polyurethane material. In some embodiments, the homogeneous abrasive body is comprised of a thermoset closed cell polyurethane material. In certain embodiments, the term “homogeneous” is used to indicate that the thermoset closed cell polyurethane material is constant throughout the composition of the abrasive body. For example, in certain embodiments, the term “homogeneous” excludes polishing pads composed of, for example, multiple layers of impregnated felts or compositions (composites) of different materials. In some embodiments, the term “thermoset” is used to indicate a polymer material that cures irreversibly, such as, for example, a precursor of a material that is irreversibly transformed into an insoluble polymer network upon curing. It is done. For example, in certain embodiments, the term “thermoset” refers to, for example, a “thermoplastic” material or “thermoplastic resin”, ie, a liquid that becomes heated when heated and a very glassy when sufficiently cooled. Exclude polishing pads composed of a material consisting of a polymer that returns to state. Polishing pads made from thermoset materials are typically manufactured from lower molecular weight precursors that react to form polymers in a chemical reaction, while pads made from thermoplastic materials are typically Note that the polishing pad is manufactured by heating an existing polymer to cause a phase change so that it is formed by a physical process. Polyurethane thermosetting polymers are selected for the manufacture of the polishing pads described herein based on their stable thermal and mechanical properties, resistance to chemical environments, and wear resistance trends. obtain.
ある実施形態では、コンディショニングおよび/または研磨の際、均質研磨体は、二乗平均平方根でおよそ1〜5ミクロンの範囲の研磨表面粗さを有する。ある実施形態では、コンディショニングおよび/または研磨の際、均質研磨体は、二乗平均平方根でおよそ2.35ミクロンの研磨表面粗さを有する。ある実施形態では、均質研磨体は、摂氏25度で、およそ30〜120メガパスカル(MPa)の範囲の貯蔵弾性率を有する。別の実施形態では、均質研磨体は、摂氏25度で、およそ30メガパスカル(MPa)を下回る貯蔵弾性率を有する。ある実施形態では、均質研磨体は、およそ2.5%の圧縮率を有する。 In certain embodiments, during conditioning and / or polishing, the homogenous abrasive body has a polishing surface roughness in the range of approximately 1-5 microns in root mean square. In certain embodiments, during conditioning and / or polishing, the homogeneous abrasive has a polished surface roughness of approximately 2.35 microns in root mean square. In some embodiments, the homogeneous abrasive has a storage modulus in the range of approximately 30-120 megapascals (MPa) at 25 degrees Celsius. In another embodiment, the homogeneous abrasive has a storage modulus at 25 degrees Celsius of less than approximately 30 megapascals (MPa). In some embodiments, the homogeneous abrasive has a compression rate of approximately 2.5%.
ある実施形態では、研磨パッド222、300もしくは400、または上述されたそれらの変形等の本明細書に記載の低密度研磨パッドは、成形された均質研磨体を含む。用語「成形された」は、図2A〜2Gと関連して上に詳述したように、均質研磨体が成形型内で形成されたことを示すように用いられる。他の実施形態では、上述したような低密度研磨パッドを加工するのに、鋳造プロセスが、代わりに用いられ得ることを理解されたい。 In certain embodiments, the low density polishing pads described herein, such as polishing pads 222, 300, or 400, or variations thereof described above, include a shaped homogeneous polishing body. The term “molded” is used to indicate that a homogeneous abrasive body has been formed in the mold, as detailed above in connection with FIGS. It should be understood that in other embodiments, a casting process can be used instead to process a low density polishing pad as described above.
ある実施形態では、均質研磨体は、不透明である。ある実施形態では、用語「不透明な」は、およそ10%またはそれを下回る可視光の通過を許容する材料を示すのに用いられる。ある実施形態では、均質研磨体は、均質研磨体の均質な熱硬化性独立気泡ポリウレタン材料への(例えば、追加的な成分としての)不透明化充填剤の含有に一部または全面的に起因して不透明である。具体的な実施形態では、不透明化充填剤は、限定ではないが、窒化ホウ素、フッ化セリウム、黒鉛、フッ化黒鉛、硫化モリブデン、硫化ニオブ、タルク、硫化タンタル、二硫化タングステン、またはテフロン(登録商標)等の材料である。 In some embodiments, the homogeneous abrasive is opaque. In certain embodiments, the term “opaque” is used to indicate a material that allows passage of visible light of approximately 10% or less. In some embodiments, the homogenous abrasive body is due in part or in full to the inclusion of an opacifying filler (eg, as an additional component) into the homogeneous thermoset, closed cell polyurethane material of the homogenous abrasive body. And opaque. In a specific embodiment, the opacifying filler is, but not limited to, boron nitride, cerium fluoride, graphite, graphite fluoride, molybdenum sulfide, niobium sulfide, talc, tantalum sulfide, tungsten disulfide, or Teflon (registered) Trademark).
パッド222、300、または400等、低密度研磨パッドの大きさは、用途により変化され得る。それにもかかわらず、いくつかのパラメータは、従来のプロセス機器または従来の化学的機械的プロセス操作にさえも適合する研磨パッドを作るのに用いられ得る。例えば、本発明の実施形態によれば、低密度研磨パッドは、およそ0.075インチ〜0.130インチの範囲、例えば、およそ1.9〜3.3ミリメートルの範囲の厚さを有する。ある実施形態では、低密度研磨パッドは、およそ20インチ〜30.3インチの範囲、例えば、およそ50〜77センチメートルの範囲、そして場合によっては、およそ10インチ〜42インチの範囲、例えば、およそ25〜107センチメートルの範囲の直径を有する。 The size of the low density polishing pad, such as pads 222, 300, or 400, can vary depending on the application. Nevertheless, several parameters can be used to make a polishing pad that is compatible with conventional process equipment or even conventional chemical mechanical process operations. For example, according to embodiments of the present invention, the low density polishing pad has a thickness in the range of approximately 0.075 inches to 0.130 inches, for example, approximately 1.9 to 3.3 millimeters. In certain embodiments, the low density polishing pad ranges from approximately 20 inches to 30.3 inches, such as approximately 50 to 77 centimeters, and in some cases approximately 10 inches to 42 inches, such as approximately It has a diameter in the range of 25-107 centimeters.
本発明の別の実施形態では、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、研磨パッド内に配置された局所透明(LAT)領域をさらに含む。ある実施形態では、LAT領域は、研磨パッド内に配置され、研磨パッドと共有結合される。好適なLAT領域の例は、2010年1月13日に出願され、NexPlanar Corporationに譲渡された米国特許出願第12/657,135号および2010年9月30日に出願され、NexPlanar Corporationに譲渡された米国特許出願第12/895,465号に記述される。代替的または付加的実施形態では、低密度研磨パッドは、研磨表面および研磨体内に配置された開口部をさらに含む。開口部は、例えば、研磨ツールのプラテンに含まれる検出デバイスを収容し得る。粘着シートが、研磨体の背面上に配置される。粘着シートは、研磨体の背面において開口部に不透性シールを提供する。好適な開口部の例は、2011年7月15日に出願され、NexPlanar Corporationに譲渡された米国特許出願第13/184,395号に記述される。別の実施形態では、低密度研磨パッドは、例えば、渦電流検出システムとともに用いられる検出領域をさらに含む。好適な渦電流検出領域の例は、2010年9月30日に出願され、NexPlanar Corporationに譲渡された米国特許出願第12/895,465号に記述される。 In another embodiment of the invention, the low density polishing pad described herein further comprises a locally transparent (LAT) region disposed within the polishing pad. In some embodiments, the LAT region is disposed within the polishing pad and is covalently bonded to the polishing pad. Examples of suitable LAT regions are US patent application Ser. No. 12 / 657,135 filed Jan. 13, 2010 and assigned to NexPlanar Corporation and filed Sep. 30, 2010 and assigned to NexPlanar Corporation. U.S. patent application Ser. No. 12 / 895,465. In alternative or additional embodiments, the low density polishing pad further includes an opening disposed within the polishing surface and the polishing body. The opening may accommodate, for example, a detection device included in the platen of the polishing tool. An adhesive sheet is disposed on the back surface of the polishing body. The pressure-sensitive adhesive sheet provides an impervious seal to the opening on the back surface of the abrasive body. Examples of suitable openings are described in US patent application Ser. No. 13 / 184,395, filed Jul. 15, 2011 and assigned to NexPlanar Corporation. In another embodiment, the low density polishing pad further includes a detection region used with, for example, an eddy current detection system. An example of a suitable eddy current detection region is described in US patent application Ser. No. 12 / 895,465, filed Sep. 30, 2010 and assigned to NexPlanar Corporation.
研磨パッド222、300、もしくは400、または上述されたそれらの変形等、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、研磨体の背面上に配置された下地層をさらに含み得る。そのようなある実施形態では、結果として、研磨表面の材料とは異なるバルクまたは基礎材料を有する研磨パッドが得られる。ある実施形態では、複合研磨パッドは、その上に研磨表面層が配置される安定で本質的に非圧縮性の不活性材料から作られた基礎またはバルク層を含む。より硬質の下地層は、パッドを完全な状態に保つための支持と強度を提供し得る一方、より軟質の研磨表面層は、スクラッチを低減し得、研磨層と研磨パッドの残部との材料特性の切り離しを可能にする。好適な下地層の例は、2011年11月29日に出願され、NexPlanar Corporationに譲渡された、米国特許出願第13/306,845号に記述される。 The low density polishing pads described herein, such as polishing pads 222, 300, or 400, or variations thereof described above, can further include an underlayer disposed on the back surface of the polishing body. In some such embodiments, the result is a polishing pad having a bulk or base material that is different from the material of the polishing surface. In certain embodiments, the composite polishing pad includes a base or bulk layer made of a stable, essentially incompressible inert material on which a polishing surface layer is disposed. A harder underlayer can provide support and strength to keep the pad intact, while a softer polishing surface layer can reduce scratching and material properties of the polishing layer and the rest of the polishing pad Allows disconnection. Examples of suitable underlayers are described in US patent application Ser. No. 13 / 306,845, filed Nov. 29, 2011 and assigned to NexPlanar Corporation.
研磨パッド222、300もしくは400、または上述されたそれらの変形等、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、研磨体の背面上に配置されたサブパッド、例えば、CMPの分野で公知の従来型サブパッド、をさらに含み得る。そのようなある実施形態では、サブパッドは、限定ではないが、発泡体、ゴム、繊維、フェルトまたは高度に多孔性の材料等の材料から構成される。 The low density polishing pads described herein, such as polishing pads 222, 300 or 400, or variations thereof as described above, are subpads disposed on the back side of the polishing body, eg, conventional types known in the CMP art. A subpad. In certain such embodiments, the subpad is composed of a material such as, but not limited to, foam, rubber, fiber, felt, or highly porous material.
図2Gを記述のための基礎として再び参照すると、本明細書で述べられるような低密度研磨パッド内に形成される溝模様の個々の溝は、各溝上の任意の点で、約4〜約100ミルの深さであり得る。いくつかの実施形態では、溝は、各溝上の任意の点で、約10〜約50ミルの深さである。溝は、均一な深さ、変化する深さ、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、溝は、全て均一の深さである。例えば、溝模様の溝は、全て同じ深さであり得る。いくつかの実施形態では、溝模様の溝のいくつかは、特定の均一な深さを有し得る一方、同じ模様の他の溝は、異なる均一な深さを有し得る。例えば、溝深さは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って増加し得る。しかしながら、いくつかの実施形態では、溝深さは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って減少する。いくつかの実施形態では、均一な深さの溝は、変化する深さの溝と交互になる。 Referring again to FIG. 2G as a descriptive basis, the individual grooves of the groove pattern formed in the low density polishing pad as described herein can have about 4 to about 4 at any point on each groove. It can be 100 mils deep. In some embodiments, the grooves are about 10 to about 50 mils deep at any point on each groove. The grooves can be of uniform depth, varying depth, or any combination thereof. In some embodiments, the grooves are all of a uniform depth. For example, the grooves in the groove pattern can all be the same depth. In some embodiments, some of the grooves in the groove pattern may have a certain uniform depth, while other grooves in the same pattern may have a different uniform depth. For example, the groove depth can increase with increasing distance from the center of the polishing pad. However, in some embodiments, the groove depth decreases with increasing distance from the center of the polishing pad. In some embodiments, the uniform depth grooves alternate with the varying depth grooves.
本明細書に記述されるような低密度研磨パッド内に形成される溝模様の個々の溝は、各溝上の任意の点で、約2〜約100ミルの幅であり得る。いくつかの実施形態では、溝は、各溝上の任意の点で、約15〜約50ミルの幅である。溝は、均一な幅、変化する幅、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、溝は、全て均一な幅である。しかしながら、いくつかの実施形態では、同心円状の溝のいくつかは特定の均一な幅を有する一方、同じ模様の他の溝は、異なる均一な幅を有する。いくつかの実施形態では、溝幅は、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って増加する。いくつかの実施形態では、溝幅は、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って減少する。いくつかの実施形態では、均一な幅の溝は、変化する幅の溝と交互になる。 The individual grooves in the groove pattern formed in the low density polishing pad as described herein can be about 2 to about 100 mils wide at any point on each groove. In some embodiments, the grooves are about 15 to about 50 mils wide at any point on each groove. The grooves can be of uniform width, varying width, or any combination thereof. In some embodiments, the grooves are all uniform in width. However, in some embodiments, some of the concentric grooves have a specific uniform width, while other grooves in the same pattern have a different uniform width. In some embodiments, the groove width increases with increasing distance from the center of the polishing pad. In some embodiments, the groove width decreases with increasing distance from the center of the polishing pad. In some embodiments, uniform width grooves alternate with varying width grooves.
前述した深さおよび幅の寸法によれば、本明細書に記述される溝模様の個々の溝は、研磨パッドの開口部の位置またはその近傍の溝を含め、均一な体積、変化する体積、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、溝は、全て均一な体積である。しかしながら、いくつかの実施形態では、溝体積は、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って増加する。いくつかの別の実施形態では、溝体積は、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って減少する。いくつかの実施形態では、均一な体積の溝は、変化する体積の溝と交互になる。 According to the depth and width dimensions described above, the individual grooves of the groove pattern described herein include a uniform volume, a varying volume, including grooves at or near the location of the polishing pad opening, Or any combination thereof. In some embodiments, the grooves are all of a uniform volume. However, in some embodiments, the groove volume increases with increasing distance from the center of the polishing pad. In some other embodiments, the groove volume decreases with increasing distance from the center of the polishing pad. In some embodiments, uniform volume grooves alternate with varying volume grooves.
本明細書に記述される溝模様の溝は、約30〜約1000ミルのピッチを有し得る。いくつかの実施形態では、溝は、約125ミルのピッチを有する。円形研磨パッドについて、溝ピッチは、円形研磨パッドの半径に沿って測定される。CMPベルトでは、溝ピッチは、CMPベルトの中心からCMPベルトの縁まで測定される。溝は、均一なピッチ、変化するピッチ、またはそれらの任意の組み合わせであり得る。いくつかの実施形態では、溝は、全て均一なピッチである。しかしながら、いくつかの実施形態では、溝ピッチは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って増加する。いくつかの別の実施形態では、溝ピッチは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って減少する。いくつかの実施形態では、あるセクタでの溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って変化し、一方、隣接するセクタでの溝のピッチは、均一なままである。いくつかの実施形態では、あるセクタでの溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って増加する一方、隣接するセクタでの溝のピッチは、異なる率で増加する。いくつかの実施形態では、あるセクタでの溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って増加する一方、隣接するセクタでの溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離の増加に伴って減少する。いくつかの実施形態では、均一なピッチの溝は、変化するピッチの溝と交互になる。いくつかの実施形態では、均一なピッチの溝のセクタは、変化するピッチの溝のセクタと交互になる。 The groove pattern grooves described herein may have a pitch of about 30 to about 1000 mils. In some embodiments, the grooves have a pitch of about 125 mils. For circular polishing pads, the groove pitch is measured along the radius of the circular polishing pad. For CMP belts, the groove pitch is measured from the center of the CMP belt to the edge of the CMP belt. The grooves can be a uniform pitch, a varying pitch, or any combination thereof. In some embodiments, the grooves are all uniform pitch. However, in some embodiments, the groove pitch increases with increasing distance from the center of the polishing pad. In some other embodiments, the groove pitch decreases with increasing distance from the center of the polishing pad. In some embodiments, the pitch of the grooves in one sector changes with increasing distance from the center of the polishing pad, while the pitch of the grooves in adjacent sectors remains uniform. In some embodiments, the pitch of the grooves in one sector increases with increasing distance from the center of the polishing pad, while the pitch of the grooves in adjacent sectors increases at different rates. In some embodiments, the pitch of the grooves in one sector increases with increasing distance from the center of the polishing pad, while the pitch of the grooves in adjacent sectors increases with the distance from the center of the polishing pad. Decreases with increase. In some embodiments, uniform pitch grooves alternate with varying pitch grooves. In some embodiments, uniform pitch groove sectors alternate with varying pitch groove sectors.
本明細書に記述される研磨パッドは、様々な化学的機械的研磨装置での使用に好適であり得る。実施例として、図7は、本発明の実施形態による、低密度研磨パッドに適合する研磨装置の等角側方図を図示する。 The polishing pads described herein may be suitable for use with a variety of chemical mechanical polishing equipment. As an example, FIG. 7 illustrates an isometric side view of a polishing apparatus compatible with a low density polishing pad, according to an embodiment of the present invention.
図7を参照すると、研磨装置700は、プラテン704を含む。プラテン704の上面702は、低密度研磨パッドを支持するように使用され得る。プラテン704は、スピンドル回転706およびスライダ搖動708を提供するように構成され得る。サンプルキャリア710は、例えば、研磨パッドを用いた半導体ウエハの研磨の間、半導体ウエハ711をその場に保持するのに使用される。サンプルキャリア710は、懸架機構712によってさらに支持される。スラリー供給714は、半導体ウエハの研磨の前および最中に研磨パッドの表面にスラリーを供給するために含まれる。コンディショニングユニット790は、また含まれ得、ある実施形態では、研磨パッドをコンディショニングするためのダイアモンドチップを含む。 Referring to FIG. 7, the polishing apparatus 700 includes a platen 704. The top surface 702 of the platen 704 can be used to support a low density polishing pad. Platen 704 may be configured to provide spindle rotation 706 and slider peristalsis 708. Sample carrier 710 is used, for example, to hold semiconductor wafer 711 in place during polishing of the semiconductor wafer using a polishing pad. The sample carrier 710 is further supported by a suspension mechanism 712. A slurry supply 714 is included to supply slurry to the surface of the polishing pad before and during polishing of the semiconductor wafer. A conditioning unit 790 may also be included, and in some embodiments includes a diamond tip for conditioning the polishing pad.
以上、低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドの製造方法が開示された。本発明の実施形態によれば、基板を研磨するための研磨パッドは、0.5g/ccを下回る密度を有し、熱硬化性ポリウレタン材料で構成された研磨体を含む。複数の独立気泡孔が、熱硬化性ポリウレタン材料内に分散される。ある実施形態では、研磨体は、均質研磨体である。 Thus, a low density polishing pad and a method for manufacturing a low density polishing pad have been disclosed. According to an embodiment of the present invention, a polishing pad for polishing a substrate includes a polishing body having a density of less than 0.5 g / cc and made of a thermosetting polyurethane material. A plurality of closed cell pores are dispersed within the thermosetting polyurethane material. In some embodiments, the abrasive body is a homogeneous abrasive body.
Claims (15)
前記方法は、 The method
プレポリマーと鎖延長剤または架橋剤とを、混合物を形成するように複数の未膨張微小要素および複数の事前膨張させた微小要素と混合するステップであって、前記複数の未膨張微小要素のそれぞれは、初期サイズを有するステップと、 Mixing a prepolymer and a chain extender or crosslinker with a plurality of unexpanded microelements and a plurality of pre-expanded microelements to form a mixture, each of the plurality of unexpanded microelements A step having an initial size;
熱硬化性ポリウレタン材料と前記熱硬化性ポリウレタン材料内に分散された第1の複数の独立気泡孔および第2の複数の独立気泡孔とを含む成形された研磨体を提供するように成形型内で前記混合物を加熱するステップと In a mold to provide a molded abrasive body comprising a thermosetting polyurethane material and a first plurality of closed cell holes and a second plurality of closed cell holes dispersed within the thermosetting polyurethane material. Heating the mixture at
を含み、 Including
前記第1の複数の独立気泡孔は、前記加熱ステップの間に、前記複数の未膨張微小要素のそれぞれを、最終的なより大きいサイズに膨張させるステップにより形成され、 The first plurality of closed cell holes are formed by expanding each of the plurality of unexpanded microelements to a final larger size during the heating step;
前記加熱ステップは、前記成形された研磨体において前記第2の複数の独立気泡孔を提供するように、前記複数の事前膨張させた微小要素のそれぞれの大きさが前記加熱するステップの前後で同じであるような低温で行われる、方法。 In the heating step, the sizes of the plurality of pre-expanded microelements are the same before and after the heating step so as to provide the second plurality of closed cell holes in the molded abrasive body. The process is performed at such a low temperature.
前記複数の未膨張微小要素のそれぞれの体積を3〜1000倍の範囲で増加させるステップ、または Increasing the volume of each of the plurality of unexpanded microelements in a range of 3 to 1000 times; or
前記複数の未膨張微小要素のそれぞれの最終直径を10〜200ミクロンの範囲で提供するステップ、または Providing a final diameter of each of the plurality of unexpanded microelements in the range of 10 to 200 microns, or
前記複数の未膨張微小要素のそれぞれの密度を3〜1000倍の範囲で減少させるステップ、または Reducing the density of each of the plurality of unexpanded microelements in a range of 3 to 1000 times, or
前記最終サイズの前記複数の未膨張微小要素のそれぞれについて球形を成形するステップ Forming a sphere for each of the plurality of unexpanded microelements of the final size
を含む、請求項1に記載の方法。The method of claim 1 comprising:
前記複数の未膨張微小要素は、前記混合物の粘性に対し皆無かそれに近い効果を有する、 The plurality of unexpanded microelements have no or near effect on the viscosity of the mixture;
請求項6に記載の方法。The method of claim 6.
任意選択で、前記第1の複数の独立気泡孔および前記第2の複数の独立気泡孔は、前記熱硬化性ポリウレタン材料内に、前記熱硬化性ポリウレタン材料の総体積のおよそ55〜80%の範囲の総気泡体積を提供する、 Optionally, the first plurality of closed cell holes and the second plurality of closed cell holes are within the thermoset polyurethane material of approximately 55-80% of the total volume of the thermoset polyurethane material. Provide a total bubble volume in the range,
請求項1に記載の方法。The method of claim 1.
前記プレポリマーおよび前記鎖延長剤、もしくは架橋剤内、またはそれらから形成される製品内にガスを注入するステップ、または Injecting a gas into the prepolymer and the chain extender or crosslinker, or into a product formed therefrom, or
不透明な成形された研磨体を提供するよう、前記プレポリマーおよび前記鎖延長剤または架橋剤に不透明化充填剤を添加するステップ Adding an opacifying filler to the prepolymer and the chain extender or crosslinker to provide an opaque shaped abrasive body
のいずれかをさらに含む、請求項1に記載の方法。The method of claim 1, further comprising:
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