KR20200140931A - 친수성 및 제타 전위 조정가능한 화학적 기계적 연마 패드들 - Google Patents

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Abstract

일 구현에서, 다공성 연마 패드를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계를 포함한다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 포함한다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 더 포함하고, 다공성 형성 조성물의 적어도 하나의 성분은 다공성 연마 패드에 공극들을 형성하기 위해 제거가능하다.

Description

친수성 및 제타 전위 조정가능한 화학적 기계적 연마 패드들
본원에 설명된 구현들은 일반적으로, 연마 물품들, 및 연마 프로세스들 및 세정 프로세스들에서 사용되는 연마 물품들을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 개시된 구현들은 조정가능한 특성들을 갖는 복합 연마 물품들에 관한 것이다.
화학적 기계적 연마(CMP) 프로세스들은 반도체 디바이스들의 제조 동안 기판들의 평탄화를 위해 일반적으로 사용된다. CMP 처리 동안, 기판은 디바이스 표면이 회전식 연마 패드에 맞대어 위치된 상태로 캐리어 헤드 상에 장착된다. 캐리어 헤드는, 연마 패드에 대하여 디바이스 표면을 누르기 위해, 제어 가능한 하중을 기판 상에 제공한다. 전형적으로, 연마액, 예컨대, 연마재 입자들(예를 들어, 실리카(SiO2), 알루미나(Al2O3), 또는 세리아(CeO2))을 갖는 슬러리가 연마 패드의 표면에 공급된다.
피쳐 크기들이 감소함에 따라, CMP 프로세스들에 의한 전면 층들 및 후면 층들 양쪽 모두의 평탄화가 더 중요해진다. 불행하게도, CMP 프로세스의 부산물들, 예를 들어, CMP 프로세스 동안 생성된 금속성 오염물질들 및 연마재 입자들이 기판의 표면을 손상시킬 수 있다. 연마재 연마 슬러리들이 사용되는 경우들에서, 이 연마재 입자들은 연마 슬러리로부터 유래될 수 있다. 일부 경우들에서, 연마재 입자들은 연마 패드로부터 유래될 수 있다. 추가적으로, 연마재 입자들은 연마 장비 및 기판의 연마된 표면 물질들로부터 유래될 수 있다. 이 입자들은 연마 패드에 의해 생성된 기계적 압력으로 인해 기판의 표면에 물리적으로 부착될 수 있다. 금속성 오염물질들은 연마된 금속 라인들, 슬러리들의 금속 이온들, 및 연마 장비에서 비롯된다. 이 금속성 오염물질들은 기판의 표면에 매립될 수 있고, 종종, 후속 세정 프로세스들을 사용하여 제거하기가 어렵다. 현재의 연마 패드 설계들 및 연마 후 세정 프로세스들은 종종, CMP 프로세스의 부산물들에 의해 야기되는 결함들에 시달리는 연마된 기판들을 산출한다.
그러므로, 결함들이 감소된 개선된 연마 프로세스를 제공하는 연마 물품 및 개선된 연마 패드를 제조하기 위한 방법들이 필요하다.
본원에 설명된 구현들은 일반적으로, 연마 물품들, 및 연마 프로세스들 및 세정 프로세스들에서 사용되는 연마 물품들을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 개시된 구현들은 조정가능한 특성들을 갖는 복합 연마 물품들에 관한 것이다. 일 구현에서, 다공성 연마 패드를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계를 포함한다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 포함한다. 경화성 수지 전구체 조성물은 다음을 포함한다:
Figure pct00001
여기서, R은 H 또는 CH3이며, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 서로 독립적으로, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬기일 수 있다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 더 포함하고, 다공성 형성 조성물의 적어도 하나의 성분은 다공성 연마 패드에 공극들을 형성하기 위해 제거가능하다.
다른 구현에서, 다공성 연마 패드를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계를 포함한다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 포함한다. 경화성 수지 전구체 조성물은, 다관능성 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 제1 수지 전구체 성분, 다관능성 아크릴레이트 단량체를 포함하는 제2 수지 전구체 성분, 및 다음의 구조를 갖는 양이온성 단량체를 포함한다:
Figure pct00002
여기서, R은 H 또는 CH3이며, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 서로 독립적으로, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬기일 수 있다. 방법은, 경화성 수지 전구체 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키기 위해 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 전자기 방사선에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 방법은, 지지부 상에 3D 부조를 구축하기 위해 분배 및 노출을 반복하는 단계를 더 포함한다. 방법은, 다공성 패드 몸체를 형성하기 위해 복수의 복합 층들을 고화시키는 단계를 더 포함한다.
또 다른 구현에서, 다공성 연마 패드를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계를 포함한다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 포함하고, 경화성 수지 전구체 조성물은 다음을 포함한다:
Figure pct00003
여기서 X-는 OH-, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, 또는 CF3SO3 -의 군으로부터 선택될 수 있다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 더 포함하고, 다공성 형성 조성물의 적어도 하나의 성분은 다공성 연마 패드에 공극들을 형성하기 위해 제거가능하다.
본 개시내용의 위에서 언급된 특징들이 상세히 이해될 수 있도록, 위에 간략히 요약된 구현들의 더 구체적인 설명이 구현들을 참조하여 이루어질 수 있으며, 이들 중 일부는 첨부 도면들에 예시된다. 그러나, 본 개시내용은 동등한 효과의 다른 구현들을 허용할 수 있으므로, 첨부 도면들은 본 개시내용의 전형적인 구현들만을 예시하며, 그러므로 그의 범위를 제한하는 것으로 간주되어서는 안 된다는 점에 주목해야 한다.
도 1은 본원에 설명된 연마 패드 설계들로부터 이익을 얻을 수 있는 연마 스테이션의 개략적인 단면도이고;
도 2a는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른, 증가된 친수성 및 더 양의 제타 전위를 갖는 연마 패드의 개략적인 등각 단면도이고;
도 2b는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 연마 패드의 개략적인 부분 상면도이고;
도 2c는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 연마 패드의 개략적인 등각 단면도이고;
도 2d는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 연마 패드의 부분의 개략적인 측단면도이고;
도 2e는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 연마 패드의 부분의 개략적인 측단면도이고;
도 2f-2k는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 연마 패드 설계들의 상면도들이고;
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른, 진보된 연마 패드들을 제조하기 위한 시스템의 개략도이고;
도 3b는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른, 도 3a에 예시된 시스템의 부분의 개략도이고;
도 3c는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른, 도 3b에 예시된 진보된 연마 패드의 소정 영역의 표면 상에 배치된 분배된 액적의 개략도이고;
도 3d는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른, 진보된 연마 패드들을 제조하기 위한 시스템에 사용되는 노즐 조립체의 개략도이고;
도 4a는 본 개시내용의 적어도 하나의 구현에 따른, 공극들을 포함할 수 있는 진보된 연마 패드를 형성하는 데 사용되는 픽셀 차트의 상면도이고;
도 4b는 본 개시내용의 구현에 따른, 진보된 연마 패드의 부분의 개략적인 측단면도이고;
도 4c는 본 개시내용의 구현에 따른, 진보된 연마 패드의 부분의 개략적인 측단면도이고;
도 5는 본원에 설명된 구현들에 따른 진보된 연마 패드를 형성하는 방법을 도시하는 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해, 가능한 경우, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지시하는 데에 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 일 구현의 요소들 및 특징들이 추가의 언급 없이 다른 구현들에 유익하게 통합될 수 있다는 것이 고려된다.
본원에 설명된 구현들은 일반적으로, 연마 물품들, 및 연마 프로세스들 및 세정 프로세스들에서 사용되는 연마 물품들을 제조하는 방법들에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본원에 개시된 구현들은 조정가능한 특성들, 예컨대, 친수성 및 제타 전위를 갖는 복합 연마 물품들에 관한 것이다. UV 경화성 아크릴 화학물질로 구성된 3D 프린팅된 화학적 기계적 평탄화(CMP) 패드들은 일반적으로, 사실상 소수성이다. 그러한 소수성 거동은 연마재 기재의 연마 슬러리들, 예컨대, 세리아 기재의 슬러리들에 대한 습윤 특성들에 영향을 미친다. 그러나, 결함들을 감소시키면서 평탄화 및 제거 속도를 증가시키기 위해, 친수성 패드들이 바람직하다. 추가적으로, 패드들의 제타 전위(Zp)가, 상이한 pH 값들에서 넓은 범위의 조건들에 대해 조정가능한 것이 바람직하다. 본 개시내용의 구현들은 친수성을 증가시키기 위한 방법들 및 이 방법들을 사용하여 생성된 패드들 및 특수 첨가제들을 갖는 패드들의 Zp를 조정하는 것을 포함한다.
제타 전위는 미끄럼 평면에서의 액체의 표면에 대한 고체 표면의 계면 동전위(electrokinetic potential)이다. 고체 표면의 계면 동전위는 표면 관능기의 간접적인 측정을 제공한다. 고체 표면 상에 양성자화된 기들의 추가 또는 제거는 표면 상에 전하를 생성한다. 고체와 액체 계면 사이의 정전기는 계면 이중 층의 전하에 큰 영향을 미친다.
친수성은, 고 극성 성분들, 예컨대, 폴리에틸렌 글리콜들, 카르복실산, 술폰산, 인산들, 및 술페이트 함유 성분들을 패드 형성 제제에 혼입시킴으로써 증가될 수 있다. 이론에 얽매이지 않지만, 7-9의 친수성-친유성 균형("HLB") 값을 갖는 계면활성제의 추가는 패드 표면의 친수성을 개선하는 것으로 여겨지는데, 이러한 패드 표면에서 고 극성 성분의 소수성 부분이 패드 매트릭스 내에 매립되고 친수성을 부여하는 성분의 친수성 부분이, 패드 표면 상에 노출된다. 9 초과의 HLB 값들을 갖는 성분들은 패드 매트릭스에 흡장되는 경향이 있다. 동시에, 7 미만의 HLB 값들을 갖는 성분들은 경화 이후에 패드 표면으로 가는 경향이 있는데, 이 성분들은 소수성이다. 그러나, 이러한 종래의 시스템들에서, 계면활성제는 패드 구조에 대한 화학적 결합들 없이 불활성 종들로서 존재한다. 불활성 계면활성제는 물질이 물에 위치될 때 침출될 수 있다. 일단 불활성 계면활성제가 침출되면, 패드의 소수성은 다시 증가한다. 측쇄 또는 주요 주쇄에서 양이온성 성분들, 예컨대, 4급 아민 치환기들을 증가시키는 것이 또한, 친수성을 증가시킬 수 있다. 양이온성 성분들은 또한, 패드들의 양의 Zp를 증가시킬 수 있다. 강한 이온성 기들, 예컨대, 술폰산, 인산들 및 술페이트 함유 구성성분들을 갖는 성분들은, 이러한 모이어티들이 pH 범위에 관계없이 이온 형태로 존재하기 때문에 패드들에 대해 음의 Zp를 증가시킬 수 있다.
본원에 설명된 양이온성 단량체들은 패드 형성 제제의 다른 아크릴 성분들과 혼화가능하다. 따라서, 일부 구현들에서, 본원에 설명된 수지 전구체 조성물들은, 혼화성이고 따라서 비교적 안정적인 균질 혼합물을 형성하는 광개시제들, 비-양이온성 단량체들, 및 올리고머들 중 하나 이상 및 양이온성 단량체들을 포함한다. 본원에 설명된 양이온성 단량체들은 또한, 열에 안정적인데, 이는, 패드 형성 제제가 전형적으로, 피에조 잉크젯 프린터들을 사용하여 섭씨 60 도 초과에서 분사되기 때문이다. 본원에 설명된 양이온성 단량체들은 전형적으로, UV 또는 UV LED 광에 대한 노출 시에 경화가능하다. 본원에 설명된 양이온성 단량체들을 포함하는 패드 형성 제제들의 점도는 전형적으로, 잉크젯 프린팅에 의해 패드 형성 제제들을 분사하기 위해, 섭씨 70 도에서 10 내지 30 cP의 범위에 있다. 추가적으로, 본원에 설명된 패드 형성 제제들은 전형적으로, 성능을 개선하기 위해, 광개시제들, 감광제들, 산소 스캐빈저들 및 추가적인 첨가제들 중 하나 이상을 포함한다. UV 경화 프로세스 동안, 광개시제들 및 광개시제들의 단편들은 더 이동성이 되고 패드 표면으로 이동하는 경향이 있어서, 패드 표면에서의 소수성의 증가를 야기한다. 소수성의 증가를 상쇄시키기 위해, 양이온성 단량체들의 친수성 부분들은 이러한 영향을 극복하기에 충분히 유연해야 한다. 본원에 설명된 양이온성 단량체들은 UV 경화성 단위들과 함께 소수성 및 친수성 기들 양쪽 모두를 포함한다.
본 개시내용의 구현들은, 조정가능한 특성들, 예컨대, 연마 물품의 표면 전체에 걸쳐 더 양의 제타 전위 및 증가된 친수성을 갖는 연마 물품들 및 그러한 연마 물품들을 형성하는 방법들을 제공한다. 연마 물품의 친수성 및 제타 전위는 연마 패드의 표면 전체에 걸쳐 친수성 및 제타 전위의 가변 영역들을 형성하도록 조정될 수 있다. 연마 물품의 친수성 및 제타 전위는 사용되는 연마 슬러리 조성물 시스템들 및 연마될 물질들에 기초하여 조정될 수 있다. 이 가변 제타 전위는 연마 물품과 기판 사이의 계면에 활성 슬러리를 전달하면서 계면으로부터 연마 부산물들 및 오염물질들을 제거하도록 조정될 수 있다. 예를 들어, 일부 구현들에서, 연마 물품은 연마 물품의 연마 표면 근처(즉, 연마 물품과 액체 계면 사이에 계면)에서 더 양의 제타 전위 및 연마 물품의 홈의 바닥 근처에서 더 음의 제타 전위를 가진다. 더 양의 제타 전위는 원치 않는 양으로 대전된 이온들(예를 들어, 연마 프로세스 동안 슬러리에서 발견되는 금속 이온들, 유전체 물질 이온들 및/또는 대전된 입자들 및 슬러리 연마재 물질들)을 액체 계면으로부터 밀어내는 반면에, 더 음의 제타 전위는 원치 않는 양의 이온들을, 수집된 이온들이 연마 물품으로부터 제거될 수 있는, 홈의 바닥 쪽으로 끌어당긴다.
활성 슬러리가, 양의 제타 전위를 갖는 연마재들(예를 들어, 세리아)을 함유하는 일부 구현들에서 연마 표면은 연마재 입자들을 연마 표면으로부터 밀어내기 위해 연마 물품의 표면의 다른 영역들에 대해 더 양의 제타 전위를 갖도록 설계될 수 있다. 본원에 설명된 일부 구현들에서, 이 조정가능한 제타 전위는, 연마 물품을 형성하는 데 사용되는 경화성 수지 전구체 조성물에 제타 전위 조절제 또는 양이온성 단량체를 추가함으로써 달성된다. 경화성 수지 전구체 조성물은 관능성 중합체들, 관능성 올리고머들, 단량체들, 반응성 희석제들, 유동 첨가제들, 경화제들, 광개시제들, 다공성 형성제들, 양이온성 단량체 및 경화 상승작용제들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 "수지 전구체 성분들"을 함유하는, 전구체들, 또는 수지 전구체 조성물들을 포함하고, 여기서 양이온성 단량체는, 경화성 수지 전구체 조성물의 예비중합체 성분들과의 공중합에 의해 연마 물품의 제타 전위를 더 양으로 만드는 이온성 전하(예를 들어, 양이온성)를 갖는다. 수지 전구체 성분들은 또한, 화학적으로 활성인 물질들 및/또는 화합물들, 예컨대, 적어도 일관능성일 수 있는, 관능성 중합체들, 관능성 올리고머들, 단량체들, 및 반응성 희석제들을 포함할 수 있고, 자유 라디칼들, 루이스 산들, 및/또는 전자기 방사선에 노출될 때 중합을 겪을 수 있다. 일 예로서, 진보된 연마 패드는, 적어도 하나의 경화 프로세스가 후속되는, 적어도 하나의 수지 전구체 조성물의 자동화된 순차적 증착에 의해 복수의 중합체 층들로 형성될 수 있고, 여기서, 각각의 층은 적어도 하나의 중합체 조성물, 및/또는 상이한 조성물들의 영역들을 나타낼 수 있다. 일부 구현들에서, 진보된 연마 패드의 층들 및/또는 영역들은, 복합 물질 구조, 예컨대, 적어도 하나의 충전제, 예컨대, 금속, 반금속 산화물들, 탄화물들, 질화물들 및/또는 중합체 입자들을 함유하는 방사선 경화된 중합체를 포함할 수 있다. 일부 구현들에서, 충전제들은, 전체 패드 또는 패드의 특정 영역들의, 내마모성을 증가시키고, 마찰을 감소시키고, 마모에 저항하고, 가교결합 및/또는 열 전도율을 향상시키는 데 사용될 수 있다. 그러므로, 패드 몸체 및, 패드 몸체 위에, 상에, 및 내에 생성된 불연속 피쳐들을 포함하는 진보된 연마 패드는 복수의 상이한 물질 및/또는 물질들의 조성물들로 동시에 형성될 수 있고, 따라서 패드 아키텍쳐 및 특성들의 미크론 규모의 제어를 가능하게 한다.
본원에 설명된 일 구현에서, 경화성 수지 전구체 조성물은 화학식 (I)의 양의 제타 전위 조절제 또는 양이온성 단량체를 포함한다:
Figure pct00004
일 구현에서, 화학식 (I)에서, R, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 서로 독립적으로, 수소, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬기, 예컨대, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, C5H11, C6H13, C7H15 또는 C8H17일 수 있다. 일 구현에서, 화학식 (I)에서, R은 H 또는 CH3이고, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 서로 독립적으로, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬기, 예컨대, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, C5H11, C6H13, C7H15 또는 C8H17일 수 있다. 일 구현에서, 화학식 (I)에서, R은 H 또는 CH3이고, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 서로 독립적으로, 선형 또는 분지형 C1 내지 C6 알킬기, 예컨대, CH3, C2H5, C3H7, C4H9, C5H11, 또는 C6H13일 수 있다. 일 구현에서, 화학식 (I)에서, R은 H 또는 CH3이고, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C2 알킬기, 예컨대, CH3 및 C2H5로부터 선택된다. 화학식 (I)에서, X-는 OH-, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, 또는 CF3SO3 - 중 하나일 수 있다. 일 구현에서, 화학식 (I)에서, R은 H 또는 CH3이고, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C2 알킬기, 예컨대, CH3 및 C2H5로부터 선택된다. 일 구현에서, 화학식 (I)에서, R은 H이고, R1 및 R2는 CH3이고, R3은 CH2CH3이고, X-는 CH3SO3 -이다. 다른 구현에서, 화학식 (I)에서, R은 H이고, R1, R2 및 R3은 CH3이고, X-는 CH3SO3 -이다.
본원에 설명된 일 구현에서, 경화성 수지 전구체 조성물은 화학식 (II)의 양의 제타 전위 조절제 또는 양이온성 단량체를 포함한다:
Figure pct00005
화학식 (II)에서, X-는 OH-, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, 또는 CF3SO3 - 중 하나일 수 있다.
화학식 (I) 및 화학식 (II)에 도시된 양이온성 단량체들은, 그들의 대응하는 알킬 할라이드들, 알킬 에스테르들 또는 알킬 술포네이트들과 함께, 그들의 대응하는 아민들로부터 제조될 수 있다.
경화성 수지 전구체 조성물의 화학식 (I) 또는 화학식 (II)의 양이온성 단량체는, 경화성 수지 전구체 조성물의 총 중량 기준으로 적어도 1 wt.%, 2 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 20 wt.%, 또는 25wt.%를 구성할 수 있다. 경화성 수지 전구체 조성물의 화학식 (I) 또는 화학식 (II)의 양이온성 단량체는, 경화성 수지 전구체 조성물의 총 중량 기준으로 최대 2 wt.%, 5 wt.%, 10 wt.%, 15 wt.%, 20 wt.%, 25 wt.%, 또는 30wt.%를 구성할 수 있다. 경화성 수지 전구체 조성물에서의 양이온성 단량체의 양은, 경화성 수지 전구체 조성물의 총 중량 기준으로 약 1 wt.% 내지 약 30 wt.%(예를 들어, 경화성 수지 전구체 조성물의 약 5 wt.% 내지 약 20 wt.%; 약 5 wt.% 내지 약 15 wt.%; 또는 약 10 wt.% 내지 약 15 wt.%)일 수 있다.
본원에 설명된 일부 구현들에서, 패드 형성 제제들은 술포네이트, 술페이트, 카르복실레이트, 포스포네이트, 포스피네이트 또는 할라이드들을 갖는 자유 라디칼 중합성 올레핀 및 4급 암모늄 기들을 포함한다. 일부 구현들에서, 중합성 올레핀 기들은 아크릴레이트 또는 아크릴아미드 또는 그들의 알킬/아릴 치환 모이어티들을 포함한다. 일부 구현들에서, 패드 형성 제제에서의 상대 이온들은 1 내지 8개의 탄소 원자들의 알킬 쇄 길이, 예컨대, 예를 들어, 1 내지 2개의 탄소 원자들의 알킬 쇄 길이를 가질 수 있고, 알킬 기들은 플루오로 또는 알킬 기들로 치환된다.
일부 구현들에서, 패드 형성 제제는 극성 자유 라디칼 중합성 단량체들 및 올리고머들을 포함한다. 라디칼 중합성 단량체들의 일부 예들은, 특히, N,N'-디메틸아크릴아미드, N,N'-디에틸아크릴아미드, N,N'-디메틸메타크릴아미드, t-부틸아크릴아미드, N-비닐피롤리디논, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸 메타크릴레이트, 비닐 이미다졸, 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘 및 폴리(에틸렌 글리콜 또는 프로필렌 글리콜) 아크릴레이트들이다.
일부 구현들에서, 본원에 설명된 술포네이트 함유 단량체들은 3급 아민 함유 아크릴레이트를 다양한 온도들에서 용매와 함께 또는 용매 없이 술포네이트로 처리함으로써 제조된다. 반응이 완료된 후에, 목표된 술포네이트를 획득하기 위해 용매가 제거된다. 일 예는 디메틸아미노에틸 아크릴레이트와 메틸 메탄술포네이트, 에틸 메탄술포네이트, 헥실 메탄술포네이트 또는 트리플루오로에틸 메탄술포네이트의 반응이다. 대응하여, 술페이트들은 디메틸아미노에틸 아크릴레이트와 디메틸 술페이트의 반응에 의해 제조된다.
일부 구현들에서, 패드 형성 제제는 최종 패드의 전체 특성들을 조정하기 위해 추가된 상이한 종류들의 올리고머들을 포함한다.
패드 제제는 UV 및 UV-LED 경화에 의해 추가되는 다양한 종류들의 광개시제들을 더 포함한다. 일부 구현들에서, 패드 형성 제제는 표면 경화 첨가제들, 프린트 해상도 증가 첨가제들 및 다공성 형성을 제어하기 위한 다른 첨가제들을 더 포함한다.
일부 구현들에서, 본원에 설명된 양이온성 단량체들의 사용은 7 내지 11의 pH 범위에서 0 내지 100 mV의 평균 제타 전위를 갖는 연마 패드를 형성한다.
본원에 설명된 양이온성 단량체들로 형성된 연마 물품의 표면의 노출된 표면들 또는 노출된 영역들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는, 본원에 설명된 제타 전위 조절제들 없이 형성된 연마 물품의 제타 전위보다 더 양이다. 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 물품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 약 -40 mV 내지 약 +100 mV의 범위일 수 있다. 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 물품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 적어도 -40 mV, -35 mV, -30 mV, -25 mV, -20 mV, -15 mV, -10 mV, -5 mV, 0 mV, 5 mV, 10 mV, 15 mV, 20 mV, 25 mV, 30 mV, 35 mV, 40 mV, 45 mV, 50 mV, 55 mV, 60 mV, 65 mV, 70 mV, 75 mV, 80 mV, 85 mV, 90 mV, 또는 95 mV일 수 있다. 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 물품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 최대 -35 mV, -30 mV, -25 mV, -20 mV, -15 mV, -10 mV, -5 mV, 0 mV, 5 mV, 10 mV, 15 mV, 20 mV, 25 mV, 30 mV, 35 mV, 40 mV, 45 mV, 50 mV, 55 mV, 60 mV, 65 mV, 70 mV, 75 mV, 80 mV, 85 mV, 90 mV, 95 mV, 또는 100 mV일 수 있다. 다른 구현에서, 중성 용액의 사용으로 측정된 연마 물품의 노출된 표면들 중 적어도 하나의 평균 제타 전위는 약 0 mV 내지 약 100 mV(예를 들어, 약 5 mV 내지 약 50 mV; 약 10 mV 내지 약 40 mV; 또는 약 20 mV 내지 약 30 mV)의 범위일 수 있다.
일부 경우들에서, 평균 측정된 제타 전위는 연마 패드의 정의된 영역, 예컨대, 연마 패드의 표면의 1 입방 센티미터 영역에 걸쳐 측정될 수 있다. 일부 구현들에서, 연마 패드의 연마 표면의 영역들은 각각의 형성된 영역에서 상이한 평균 제타 전위를 갖도록 형성된다. 그러나, 일부 경우들에서, 노출된 패드 표면이, 노출된 표면에 걸쳐 비교적 일정한 평균 제타 전위를 갖는 것이 바람직할 수 있다.
다음의 개시내용은 연마 물품들 및 연마 물품들을 제조하기 위한 방법들을 설명한다. 본 개시내용의 다양한 구현들의 완전한 이해를 제공하기 위해, 특정 세부사항들이 이하의 설명 및 도 1-5에 열거된다. 다양한 구현들의 설명을 불필요하게 모호하게 하는 것을 피하기 위해, 연마 물품들 및 연마 물품들을 제조하는 방법들과 종종 연관된 잘 알려진 구조들 및 시스템들을 설명하는 다른 세부사항들은 이하의 본 개시내용에 열거되지 않는다.
도면들에 도시된 세부사항들, 치수들, 각도들 및 다른 특징들 중 다수는 단지 특정 구현들을 예시할 뿐이다. 이에 따라, 다른 구현들은 본 개시내용의 사상 또는 범위를 벗어나지 않고서 다른 세부사항들, 구성요소들, 치수들, 각도들 및 특징들을 가질 수 있다. 추가적으로, 본 개시내용의 추가의 구현들은 아래에 설명되는 세부사항들 중 몇몇 없이 실시될 수 있다.
본원에 설명되는 연마 물품들은 연마 패드들이지만, 본원에 설명되는 구현들은 또한, 예를 들어, 버핑 패드들을 포함하는 다른 연마 물품들에 적용가능하다는 것을 이해해야 한다. 추가로, 본원에 설명되는 연마 물품들은 화학적 기계적 연마 프로세스에 관련하여 논의되지만, 본원에 설명되는 연마 물품들 및 연마 물품들을 제조하는 방법들은 또한, 연마 렌즈들을 포함하는 다른 연마 프로세스들 및 연마재 및 비-연마재 슬러리 시스템들 둘 모두를 포함하는 다른 프로세스들에 적용 가능하다. 추가적으로, 본원에 설명된 연마 물품들은 적어도 다음 산업계들: 특히, 항공우주, 세라믹들, 하드 디스크 드라이브(HDD), MEMS 및 나노 기술, 금속 공업, 광학 및 전자 광학, 및 반도체에 사용될 수 있다.
일 구현에서, 적층 제조 프로세스, 예컨대, 3차원 프린팅(또는 3-D 프린팅) 프로세스가, 본원에 설명된 연마 물품들을 생성(또는 제조)하는 데 사용될 수 있다. 일 구현에서, 부품의 컴퓨터(CAD) 모델이 먼저 만들어지고 그 다음, 슬라이싱 알고리즘이 정보를 모든 층에 대해 맵핑한다. 3-D 프린팅 프로세스의 하나의 비제한적인 예는, 아래에서 더 논의되는, 층별 방식으로 연마 물품을 형성하기 위해 액체 전구체 조성물 물질의 액적들이 표면 상에 분배되고 그 다음 경화되는 프로세스지만, 이에 제한되지 않는다. 3-D 프린팅 프로세스들은 물질 조성물, 마이크로구조 및 표면 텍스처에 대해 국부적인 제어를 수행할 수 있으므로, 이 방법으로 다양한(그리고 이전에는 접근가능하지 않은) 기하형상들이 달성될 수 있다.
일 구현에서, 본원에 설명된 바와 같은 연마 물품은 컴퓨터 렌더링 디바이스 또는 컴퓨터 디스플레이 디바이스에 의해 판독가능한 데이터 구조로 나타내어질 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 연마 물품을 나타내는 데이터 구조를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 컴퓨터 파일일 수 있고, 하나 이상의 물품의 구조들, 물질들, 텍스처들, 물리적 특성들, 또는 다른 특징들에 대한 정보를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 또한, 컴퓨터 렌더링 디바이스 또는 컴퓨터 디스플레이 디바이스의 선택된 기능에 관련되는 코드, 예컨대, 컴퓨터 실행가능한 코드 또는 디바이스 제어 코드를 포함할 수 있다. 데이터 구조는 컴퓨터 판독가능한 매체 상에 저장될 수 있다. 컴퓨터 판독가능한 매체는 물리적 저장 매체, 예컨대, 자기 메모리, 플로피 디스크 또는 임의의 편리한 물리적 저장 매체를 포함할 수 있다. 물리적 저장 매체는, 적층 제조 디바이스일 수 있는 물리적 렌더링 디바이스, 예컨대, 3D 프린터 또는 컴퓨터 스크린 상의 데이터 구조에 의해 나타내어지는 물품을 렌더링하기 위한 컴퓨터 시스템에 의해 판독가능할 수 있다.
연마 패드 장치 및 연마 방법들:
본원에 개시되는 개선된 연마 패드 설계들은, 연마 장치의 많은 상이한 유형들에서 연마 프로세스를 수행하는 데 사용될 수 있다. 본원에 제공된 본 개시내용의 범위를 제한하도록 의도되지 않은 일 예에서, 연마 패드는 반도체 기판들을 연마하는 데 사용되는 연마 스테이션에서 사용될 수 있다. 도 1은, 본원에 설명되는 구현들에 따라 형성된 다공성 연마 패드(106)를 갖는 연마 스테이션(100)의 개략적인 단면도이다. 연마 스테이션(100)은, 다수의 연마 스테이션들(100)을 포함하는 더 큰 화학적 기계적 연마(CMP) 시스템 내에 위치될 수 있다. 연마 스테이션(100)은 플래튼(102)을 포함한다. 플래튼(102)은 중심 축(104)을 중심으로 회전할 수 있다. 다공성 연마 패드(106)는 플래튼(102) 상에 배치될 수 있다. 본원에 제공되는 본 개시내용을 제한하려고 의도하지 않지만, 전형적으로, 다공성 연마 패드(106)는, 연마 스테이션(100)에서 처리될 기판(110)의 크기(예를 들어, 기판 직경)보다 적어도 1배 내지 2배 더 큰 플래튼(102)의 상부 표면(103)을 커버한다. 일 예에서, 다공성 연마 패드(106) 및 플래튼(102)은 직경이 약 6 인치(150 밀리미터) 내지 약 40 인치(1,016 밀리미터)이다. 다공성 연마 패드(106)는 하나 이상의 기판(110)과 접촉하고 이를 처리하도록 구성된 연마 표면(112)을 포함한다. 플래튼(102)은 다공성 연마 패드(106)를 지지하고 연마 동안 다공성 연마 패드(106)를 회전시킨다. 캐리어 헤드(108)는 처리 중인 기판(110)을 다공성 연마 패드(106)의 연마 표면(112)에 대해 유지할 수 있다. 연마 표면(112)과 기판(110) 사이에 연마 계면(130)이 형성된다. 캐리어 헤드(108)는 전형적으로, 기판(110)을 다공성 연마 패드(106)에 대하여 압박하는 데 사용되는 가요성 다이어프램(111), 및 연마 프로세스 동안 기판의 표면에 걸쳐 발견되는 본질적으로 불균일한 압력 분포를 정정하는 데 사용되는 캐리어 링(109)을 포함한다. 캐리어 헤드(108)는 기판(110)과 다공성 연마 패드(106) 사이에 상대 운동들을 생성하기 위해 스위핑 운동으로 이동하고/거나 중심 축(114)을 중심으로 회전할 수 있다.
연마 동안, 연마 유체(116), 예컨대, 연마재 슬러리 또는 비-연마재 슬러리는 전달 암(118)에 의해 연마 표면(112)에 공급될 수 있다. 연마 유체(116)는, 기판의 화학적 기계적 연마를 가능하게 하기 위해, 화학적 활성 성분들, pH 조정제 및/또는 연마재 입자들을 함유할 수 있다. 연마 유체(116)의 슬러리 화학물질은, 금속들, 금속 산화물들, 및 반금속 산화물들을 포함할 수 있는 기판 표면들 및/또는 피쳐들을 연마하도록 설계된다. 다공성 연마 패드(106)의 표면 토포그래피가, 연마 프로세스 동안 기판(110)과 상호 작용하는 연마 유체(116)(예를 들어, 슬러리)의 전달을 제어하는 데 사용된다는 점을 주목할 것이다. 예를 들어, 다공성 연마 패드(106)의 표면 토폴로지는 홈들, 채널들 및 다른 돌기들을 포함할 수 있고, 이들은 주조, 성형, 또는 기계가공에 의해 형성되며, 다공성 연마 패드(106) 위에, 상에, 및 내에 배치될 수 있다.
일부 구현들에서, 연마 스테이션(100)은 컨디셔닝 암(122) 및 액추에이터들(124 및 126)을 포함하는 패드 컨디셔닝 조립체(120)를 포함한다. 액추에이터(124 및 126)는, 다공성 연마 패드(106)의 연마 표면(112)을 연마하고 회생시키기 위해, 패드 컨디셔닝 디스크(128)(예를 들어, 다이아몬드 함침된 디스크)로 하여금, 연마 프로세스 주기 동안 상이한 시간들에 연마 표면(112)에 대하여 압박되고 연마 표면에 걸쳐 스위핑되게 하도록 구성된다. 처리 동안, 다공성 연마 패드(106) 및 캐리어 헤드(108)를 이동시키는 것은 기계적 에너지를 기판(110)에 가하고, 이는 연마 유체(116)의 화학물질들 및 연마재 성분들과 조합되어, 기판의 표면이 평탄화되게 할 것이다.
연마 패드 구성 예들
연마 장치에서 사용될 수 있는 연마 패드들의 다양한 구조적 구성들의 예들이 도 2a-2k와 함께 논의된다. 도 2a-2k에 예시된 연마 패드들은, 예를 들어, 도 1에 도시된 연마 스테이션(100)에서 사용될 수 있다. 달리 특정되지 않는 한, 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)라는 용어들은, 연마 패드(200)의 연마 몸체 내의 부분들, 영역들 및/또는 피쳐들을 광범위하게 설명한다. 일부 구성들에서, 연마 패드(200)는 슬러리에 일단 노출되면 패드의 표면에 보이드를 형성할 공극들 또는 물질을 함유할 수 있다. 다른 유사한 구성들이, 본원에 설명된 적층 제조 프로세스들 중 하나 이상을 사용하여 형성될 수 있기 때문에, 도 2a-2k에 도시된, 상이한 연마 패드 구성들의 특정 예들은 본원에 제공된 본 개시내용의 범위에 관해 제한적인 것으로 의도되지 않는다.
연마 패드들은, 적어도 하나의 경화 프로세스가 후속되는, 적어도 하나의 수지 전구체 조성물의 층별 자동화된 순차적 증착에 의해 형성될 수 있고, 여기서, 각각의 층은 적어도 하나의 중합체 조성물, 및/또는 상이한 조성물들의 영역들을 나타낼 수 있다. 경화성 수지 전구체 조성물은 관능성 중합체들, 관능성 올리고머들, 단량체들, 반응성 희석제들, 유동 첨가제들, 경화제들, 광개시제들, 다공성 형성제들, 양이온성 계면활성제들 및 경화 상승작용제들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 "수지 전구체 성분들"을 함유하는, 전구체들, 또는 수지 전구체 조성물들을 포함하고, 여기서 양이온성 계면활성제는, 경화성 수지 전구체 조성물의 예비중합체 성분들과의 공중합에 의해 연마 물품의 제타 전위를 더 양으로 만드는 이온성 전하(예를 들어, 양이온성)를 갖는다. 관능성 중합체들은 다관능성 아크릴레이트 전구체 성분들을 포함할 수 있다. 복수의 고체 중합체 층들을 형성하기 위해, 하나 이상의 경화 프로세스, 예컨대, UV 방사선 및/또는 열 에너지에 대한 하나 이상의 조성물의 노출이 사용될 수 있다. 이 방식에서, 전체 연마 패드는 적층 제조 프로세스에 의해 복수의 중합체 층들로부터 형성될 수 있다. 경화된 층의 두께는 약 0.1 미크론 내지 약 1 mm, 예컨대, 5 미크론 내지 약 100 미크론, 및 예컨대, 25 미크론 내지 약 30 미크론일 수 있다.
다공성 연마 패드들 구성들은, 연마 요소로부터 연마 요소로의 적어도 하나의 조성적 구배에 의해 반영되는 바와 같이, 패드 몸체(202)에 걸쳐 상이한 다공성을 가질 수 있다. 다공성 연마 패드에 걸친 다공성은, 정적 기계적 특성들, 동적 기계적 특성들 및 마모 특성들을 포함할 수 있는 목표 연마 패드 특성들을 달성하기 위해, 대칭 또는 비대칭, 균일 또는 불균일할 수 있다. 일 구현에서, 공극들은 각각의 인접한 증착된 층의 계면 근처에 형성된다.
패드 몸체(202)에 걸친 연마 요소(들)(204, 206) 중 어느 하나의 패턴들은, 다공성 연마 패드에 걸쳐, 다공성을 포함하는 목표 특성들을 달성하는 것에 따라 방사형, 동심형, 직사각형, 나선형, 프랙탈형 또는 무작위형일 수 있다. 유리하게, 3D 프린팅 프로세스는 패드의 특정 영역들에 또는 패드의 더 큰 영역들에 걸쳐, 목표된 특성들을 갖는 물질 조성물들의 특정 배치를 가능하게 하고, 이로써 특성들은 조합될 수 있고 특성들의 더 큰 평균 또는 특성들의 "복합물"을 나타낼 수 있다.
도 2a는, 본 개시내용의 일 구현에 따라 형성된 연마 패드(200a)의 개략적인 사시 단면도이다. 하나 이상의 제1 연마 요소(들)(204a)는, 원형인 패드 몸체(202)를 형성하기 위해, 하나 이상의 제2 연마 요소(들)(206a)에 결합되는 교번하는 동심 링들로 형성될 수 있다. 하나 이상의 제1 연마 요소(들)(204a) 및 하나 이상의 제2 연마 요소(들)(206a) 중 적어도 하나는 본원에 설명되는 구현들에 따라 형성될 수 있다. 일 구현에서, 지지 표면(203)으로부터의 제1 연마 요소(들)(204a)의 높이(210)는, 제1 연마 요소(들)(204a)의 상부 표면(들)(208)이 제2 연마 요소(들)(206a) 위로 돌출되도록, 제2 연마 요소(들)(206a)의 높이(212)보다 더 높다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204)는 제2 연마 요소(들)(206a)의 부분(212A) 위에 배치된다. 홈들(218) 또는 채널들이 제1 연마 요소(들)(204a) 사이에 형성되고, 제2 연마 요소(들)(206a)의 부분을 적어도 포함한다. 연마 동안, 제1 연마 요소(들)(204a)의 상부 표면(들)(208)이, 기판과 접촉하는 연마 표면을 형성하고, 반면에 홈들(218)은 연마 유체를 보유하고 채널링시킨다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204a)는, 채널들 또는 홈들(218)이 패드 몸체(202)의 최상부 표면 상에 형성되도록, 패드 몸체(202)의 연마 표면 또는 상부 표면(들)(208)에 평행한 평면에 대해 수직인 방향(즉, 도 2a에서 Z 방향)으로, 제2 연마 요소(들)(206a)보다 더 두껍다.
일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204a)의 폭(214)은 약 250 미크론 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 제1 연마 요소(들)(204a) 사이의 피치(216)는 약 0.5 밀리미터 내지 약 5 밀리미터일 수 있다. 각각의 제1 연마 요소(들)(204a)는 약 250 미크론 내지 약 2 밀리미터의 범위 내의 폭을 가질 수 있다. 폭(214) 및/또는 피치(216)는, 다양한 경도, 다공성, 친수성, 제타 전위 및 이들의 조합들의 구역들을 한정하기 위해, 연마 패드(200)의 반경에 걸쳐 달라질 수 있다.
도 2b는 본 개시내용의 구현에 따른 연마 패드(200b)의 개략적인 부분 상면도이다. 연마 패드(200b)는, 연마 패드(200b)가 연동식 제1 연마 요소(들)(204b) 및 제2 연마 요소(들)(206b)를 포함한다는 점을 제외하면, 도 2a의 연마 패드(200)와 유사하다. 연동식 제1 연마 요소(들)(204b) 및 제2 연마 요소(들)(206b) 중 적어도 하나는 본원에 설명되는 구현들에 따라 형성될 수 있다. 연동식 제1 연마 요소(들)(204b) 및 제2 연마 요소(들)(206b)는 복수의 동심 링들을 형성한다. 연동식 제1 연마 요소(들)(204b)는 돌출되는 수직 리지들(220)을 포함할 수 있고, 제2 연마 요소(들)(206b)는 수직 리지들(220)을 수용하기 위한 수직 오목부들(222)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 연마 요소(들)(206b)는 돌출되는 리지들을 포함할 수 있고, 반면에 연동식 제1 연마 요소(들)(204b)는 오목부들을 포함한다. 제2 연마 요소(들)(206b)를 연동식 제1 연마 요소(들)(204b)와 연동시킴으로써, 연마 패드(200b)는 CMP 프로세스 및/또는 물질 취급 동안 생성될 수 있는 가해지는 전단력들에 대하여 기계적으로 더 강할 것이다. 일 구현에서, 연동식 제1 연마 요소(들)(204b) 및 제2 연마 요소(들)(206b)는 연마 패드의 강도를 개선하고 연마 패드들의 물리적 무결성을 개선하기 위해 연동될 수 있다. 피쳐들의 연동은 물리적 및/또는 화학적 힘들로 인한 것일 수 있다.
도 2c는 본 개시내용의 구현에 따른 연마 패드(200c)의 개략적인 사시 단면도이다. 연마 패드(200c)는 베이스 물질 층, 예컨대, 제2 연마 요소(206c)로부터 연장되는 복수의 제1 연마 요소(들)(204c)를 포함한다. 복수의 제1 연마 요소(들)(204c) 및 제2 연마 요소(206c) 중 적어도 하나는 본원에 설명되는 구현들에 따라 형성될 수 있다. 제1 연마 요소(들)(204c)의 상부 표면(들)(208)은 연마 동안 기판과 접촉하기 위한 연마 표면을 형성한다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204c) 및 제2 연마 요소(206c)는 상이한 물질 및 구조적 특성들을 갖는다. 일 예에서, 제1 연마 요소(들)(204c)는 더 양의 제타 전위를 갖는 제1 물질로 형성될 수 있고, 반면에 제2 연마 요소(206c)는 더 음의 제타 전위를 갖는 제2 물질로 형성될 수 있다. 추가적으로, 다른 예에서, 제1 연마 요소(들)(204c)는 더 양의 제타 전위를 갖는 다공성 물질로 형성될 수 있고, 반면에 제2 연마 요소(206c)는 더 음의 제타 전위를 갖는 비-다공성 물질로 형성될 수 있다. 연마 패드(200c)는 연마 패드(200)와 유사하게 3D 프린팅에 의해 형성될 수 있다.
제1 연마 요소(들)(204c)는 실질적으로 동일한 크기일 수 있거나, 연마 패드(200c)에 걸쳐서 다양한 기계적 특성들, 예컨대, 다공성을 생성하기 위해 크기가 변할 수 있다. 제1 연마 요소(들)(204c)는 연마 패드(200c)에 걸쳐 균일하게 분포될 수 있거나, 연마 패드(200c)의 목표 특성들을 달성하기 위해 불균일한 패턴으로 배열될 수 있다.
도 2c에서, 제1 연마 요소(들)(204c)는 제2 연마 요소(206c)로부터 연장되고 직경(208L)을 갖는 원형 컬럼들인 것으로 도시된다. 대안적으로, 제1 연마 요소(들)(204c)는 임의의 적합한 단면 형상으로 이루어질 수 있는데, 예를 들어, 토로이드형, 부분적 토로이드형(예를 들어, 원호), 타원형, 정사각형, 직사각형, 삼각형, 다각형, 또는 다른 불규칙한 단면 형상들, 또는 이들의 조합들을 갖는 컬럼들일 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204c)는, 연마 패드(200c)의 경도, 기계적 강도 또는 다른 바람직한 특성들을 조정하기 위해, 상이한 단면 형상들로 이루어질 수 있다.
도 2d는, 본 개시내용의 구현에 따른 연마 패드(200d)의 패드 몸체(202)의 개략적인 부분 측단면도이다. 연마 패드(200d)는, 연마 패드(200d)가 연동식 제1 연마 요소(들)(204d) 및 제2 연마 요소(206d)를 포함한다는 점을 제외하면, 도 2a-2c의 연마 패드(200a, 200b 또는 200c)와 유사하다. 본원에 설명된 하나 이상의 구현에 따라, 복수의 연동식 제1 연마 요소(들)(204d) 및 제2 연마 요소(206d) 중 적어도 하나는 증가된 친수성 및/또는 더 양의 제타 전위를 가질 수 있다. 연동식 제1 연마 요소(들)(204d) 및 제2 연마 요소(206d)는, 예를 들어, 도 2a, 2b 또는 2c에 예시된, 패드 몸체(202)의 일부를 형성하는 복수의 동심 링들 및/또는 불연속 요소(들)를 포함할 수 있다. 일 구현에서, 연동식 제1 연마 요소(들)(204d)는 돌출되는 측벽들(224)을 포함할 수 있고, 반면에 제2 연마 요소(206d)는 연동식 제1 연마 요소(들)(204d)의 돌출되는 측벽들(224)을 수용하기 위한 영역들(225)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 연마 요소(206d)는 돌출되는 측벽들을 포함할 수 있고, 반면에 연동식 제1 연마 요소(들)(204d)는 돌출되는 측벽들을 수용하도록 구성된 영역들을 포함한다. 제2 연마 요소(206c)를 연동식 제1 연마 요소(들)(204d)와 연동시킴으로써, 연마 패드(200d)는 증가된 인장, 압축 및/또는 전단 강도를 보여줄 수 있다. 추가적으로, 연동식 측벽들은 연마 패드(200d)가 당겨져 분리되는 것을 방지한다.
일 구현에서, 연동식 제1 연마 요소(들)(204d)와 제2 연마 요소(206d) 사이의 경계들은, 물질의 적어도 하나의 조성물로부터 다른 조성물로의 응집 전이, 예컨대, 연동식 제1 연마 요소(들)(204d)를 형성하는 데 사용되는 제1 조성물로부터 제2 연마 요소(206d)를 형성하는 데 사용되는 제2 조성물로의 전이 또는 조성적 구배를 포함한다. 물질들의 응집성은 본원에서 설명되는 적층 제조 프로세스의 결과이고, 이는 층별 가산적으로 형성된 구조에서의 2개 이상의 화학적 조성물들의 미크론 규모의 제어 및 친밀한 혼합을 가능하게 한다.
도 2e는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 연마 패드(200e)의 개략적인 부분 단면도이다. 연마 패드(200e)는, 연마 패드(200e)가, 상이하게 구성된 연동식 피쳐들을 포함한다는 점을 제외하면 도 2d의 연마 패드(200d)와 유사하다. 연마 패드(200e)는, 복수의 동심 링들 및/또는 불연속 요소(들)를 갖는, 제1 연마 요소(들)(204e) 및 제2 연마 요소(들)(206e)를 포함할 수 있다. 제1 연마 요소(들)(204e) 및 제2 연마 요소(들)(206e) 중 적어도 하나는 다공성일 수 있고, 본원에서 설명되는 하나 이상의 구현에 따라 형성될 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204e)는 수평 리지들(226)을 포함할 수 있고, 반면에 제2 연마 요소(들)(206e)는 제1 연마 요소(들)(204e)의 수평 리지들(226)을 수용하기 위한 수평 오목부들(227)을 포함할 수 있다. 대안적으로, 제2 연마 요소(들)(206e)는 수평 리지들을 포함할 수 있고, 반면에 제1 연마 요소(들)(204e)는 수평 오목부들을 포함한다. 일 구현에서, 수직 연동식 피쳐들, 예컨대, 도 2b의 연동식 피쳐들 및 수평 연동식 피쳐들, 예컨대, 도 2d 및 2e의 연동식 피쳐들이, 연마 패드를 형성하기 위해 조합될 수 있다.
도 2f-2k는 본 개시내용의 구현들에 따른 다양한 연마 패드 설계들의 개략적인 평면도들이다. 도 2f-2k 각각은, 기판과 접촉하고 기판을 연마하기 위한 제1 연마 요소(들)(204f-204k)를 각각 나타내는 백색 영역들(백색 픽셀들의 영역들), 및 제2 연마 요소(들)(206f-206k)를 나타내는 흑색 영역들(흑색 픽셀들의 영역들)을 갖는 픽셀 차트들을 포함한다. 본원에서 유사하게 논의된 바와 같이, 채널들이 백색 영역들 사이의 흑색 영역들에 형성되도록, 백색 영역들은 일반적으로, 흑색 영역들 위로 돌출된다. 일 예에서, 픽셀 차트의 픽셀들은 연마 패드의 층 또는 층의 부분 내의 다양한 물질들의 위치를 한정하는 데 사용되는 직사각형 어레이 유형의 패턴(예를 들어, X 및 Y 배향 어레이)으로 배열된다. 다른 예에서, 픽셀 차트의 픽셀들은 연마 패드의 층 또는 층의 부분 내의 다양한 물질들의 위치를 한정하는 데 사용되는 육방 조밀 어레이 유형의 패턴(예를 들어, 하나의 픽셀이 6개의 최근접 이웃들에 의해 둘러싸임)으로 배열된다. 연마 슬러리는 연마 동안 채널들을 통해 유동되고 채널들에 보유될 수 있다. 도 2f-2k에 도시된 연마 패드들은 적층 제조 프로세스를 사용하여 물질들의 복수의 층들을 증착시킴으로써 형성될 수 있다. 복수의 층들 각각은 제1 연마 요소(들)(204f-204k) 및 제2 연마 요소(들)(206f-206k)를 형성하기 위해 2개 이상의 물질들을 포함할 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204f-204k)는, 홈들 및/또는 채널들이 연마 패드의 최상부 표면 상에 형성되도록, 물질들의 복수의 층들에 평행한 평면에 대해 수직인 방향으로, 제2 연마 요소(들)(206f-206k)보다 더 두꺼울 수 있다.
도 2a-2k의 연마 패드들(200a-200k)의 제1 연마 요소(들)(204a-204k)는 동일한 물질 또는 물질들의 동일한 조성물들로 형성될 수 있다. 대안적으로, 도 2a-2k의 설계들의 제1 연마 요소(들)(204a-204k)의 물질 조성물 및/또는 물질 특성들은 연마 피쳐마다 다를 수 있다. 개별화된 물질 조성물 및/또는 물질 특성들은, 특정 필요들을 위한 연마 패드들의 맞춤조정을 허용한다.
제2 연마 요소(들)(206)에 대한 제1 연마 요소(들)(204)의 구조적 구성이 또한, 연마 프로세스 반복성을 제어하고 연마 프로세스의 연마 속도를 개선하는 데 사용될 수 있다는 것을 발견했다. 하나의 그러한 구조적 구성은, 형성된 진보된 연마 패드에서 제2 연마 요소(들)(206)에 대한 제1 연마 요소(들)(204)의 상대적인 물리적 배치에 관한 것이며, 본원에서, 형성된 진보된 연마 패드 내의 제1 연마 요소(들)(204)의 총 노출된 표면적 대 체적 비율(SAVR)로서 알려져 있다. 제2 연마 요소(들)(206)에 대한 제1 연마 요소(들)(204)의 상대적인 물리적 배치 및 제1 연마 요소(들)(204) 및/또는 제2 연마 요소(들)(206)를 형성하는 데 사용되는 물질들의 기계적 특성들(예를 들어, 열 전도율, 경도, 손실 탄성률, 연마 접촉 면적 등)을 제어함으로써 총 노출된 표면적 대 체적 비율을 조정하는 것에 의해, 연마 프로세스 반복성 및 기판 연마 속도가, 다른 연마 파라미터와 함께, 크게 개선될 수 있는 것으로 여겨진다. 일 예에서, 제1 연마 요소(들)(204) 내의 물질(들)의 기계적 특성들은, 약 6.0x10-6 미만, 예컨대, 약 1.0x10-7 내지 6.0x10-6 m2/s인 열 확산도(m2/s)를 포함한다.
제제 및 물질 예들
위에서 논의된 바와 같이, 패드 몸체(202)의 부분들, 예컨대, 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)를 형성하는 데 사용되는 물질들은, 진보된 연마 패드의 목표된 특성들을 달성하기 위해, 관능성 중합체들, 관능성 올리고머들, 단량체들, 반응성 희석제들, 유동 첨가제들, 경화제들, 광개시제들, 다공성 형성제들, 양이온성 단량체들 및 경화 상승작용제들의 혼합물일 수 있는 적어도 하나의 잉크 분사가능한 예비중합체 조성물로 각각 형성될 수 있다. 일반적으로, 예비중합체 잉크들 또는 조성물들은, 경화제 또는 화학적 개시제를 사용하거나 사용하지 않고서, 방사선 또는 열 에너지와의 접촉 또는 노출을 포함하는 임의의 개수의 수단의 사용에 의해, 증착된 후에 처리될 수 있다. 일반적으로, 증착된 물질은 자외선 방사선(UV), 감마 방사선, X-선 방사선, 가시 방사선, IR 방사선, 및 마이크로파 방사선을 포함할 수 있는 전자기 방사선에 노출될 수 있다. 추가적으로, 가속된 전자들 및 이온 빔들은 중합 반응들을 개시하는 데 사용될 수 있다. 본 개시내용의 목적들을 위해, 경화의 방법, 또는 중합을 보조하기 위한 첨가제들, 예컨대, 증감제들, 개시제들, 및/또는 경화제들, 예컨대, 관통 경화제들 또는 산소 억제제들의 사용이 한정되지 않는다.
일 구현에서, 단일 패드 몸체, 예컨대, 패드 몸체(202) 내의 2개 이상의 연마 요소(들), 예컨대, 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)는 적어도 하나의 방사선 경화성 수지 전구체 조성물의 순차적 증착 및 증착후 처리로 형성될 수 있고, 여기서, 조성물들은, 비닐 기들, 아크릴 기들, 메타크릴 기들, 알릴 기들, 및 아세틸렌 기들을 포함하는(그러나 이에 한정되지 않음), 불포화 화학적 모이어티들 또는 기들을 갖는, 관능성 중합체들, 관능성 올리고머들, 단량체들, 및/또는 반응성 희석제들을 함유한다. 연마 패드 형성 프로세스 동안, 불포화 기들은, 경화제, 예컨대, 자유 라디칼 생성 광개시제, 예컨대, 독일 루트비히스하펜(Ludwigshafen)의 BASF에 의해 제조된 이르가큐어®(Irgacure®) 제품의 존재 하에서, 방사선, 예컨대, UV 방사선에 노출될 때, 자유 라디칼 중합을 겪을 수 있다.
본원에 제공되는 본 개시내용의 구현들 중 하나 이상에서 2가지 유형들의 자유 라디칼 광개시제들이 사용될 수 있다. 본원에서 벌크 경화 광개시제로 또한 지칭되는 제1 유형의 광개시제는, UV 방사선에 대한 노출 시에 분할되어, 중합을 개시할 수 있는 자유 라디칼을 즉시 산출하는 개시제이다. 제1 유형의 광개시제는 분배된 액적들의 표면 경화 및 관통 또는 벌크 경화 양쪽 모두에 유용할 수 있다. 제1 유형의 광개시제는 벤조인 에테르들, 벤질 케탈들, 아세틸 페논들, 알킬 페논들, 및 포스핀 산화물들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 군으로부터 선택될 수 있다. 본원에서 표면 경화 광개시제로 또한 지칭되는 제2 유형의 광개시제는, UV 방사선에 의해 활성화되고, 실제 개시 자유 라디칼이 되는 제2 화합물로부터의 수소 추출에 의해 자유 라디칼들을 형성하는 광개시제이다. 이러한 제2 화합물은 공개시제 또는 중합 상승작용제로 종종 지칭되며, 아민 상승작용제일 수 있다. 아민 상승작용제들은 산소 억제를 약화시키기 위해 사용되고, 그러므로, 제2 유형의 광개시제는 빠른 표면 경화에 유용할 수 있다. 제2 유형의 광개시제는 벤조페논 화합물들 및 티옥산톤 화합물들을 포함하지만 이에 한정되지 않는 군으로부터 선택될 수 있다. 아민 상승작용제는 활성 수소를 갖는 아민일 수 있고, 일 구현에서, 아민 상승작용제, 예컨대, 아민 함유 아크릴레이트는: a) 산소 억제를 제한하고, b) 액적 또는 층 표면의 치수들을 고정시키기 위해 액적 또는 층 표면을 빠르게 경화시키고, c) 경화 프로세스 동안 층 안정성을 증가시키기 위해, 수지 전구체 조성물 제제에서 벤조페논 광개시제와 조합될 수 있다. 일부 구현들에서, 자유 라디칼 경화 메커니즘을 느리게 하거나 억제하는, 2원자 산소에 의한 자유 라디칼 ??칭을 지연시키거나 방지하기 위해, 산소가 제한되거나 산소가 없는 경화 분위기 또는 환경을 선택할 수 있다. 산소가 제한되거나 산소가 없는 환경들은 불활성 가스 분위기, 및 건조하고, 탈기되고 산소가 거의 없는 화학 시약들을 포함한다.
진보된 연마 패드가 형성될 때, 경화 에너지에 대한 아래놓인 층들의 반복적인 노출은 이러한 아래놓인 층들의 특성들에 영향을 미칠 것이므로, 프린팅된 제제의 화학적 개시제의 양을 제어하는 것은, 형성되는 연마 패드의 특성들을 제어하는 데에 인자인 것을 발견했다. 다시 말해서, 소정 양의 경화 에너지(예를 들어, UV 광, 열 등)에 대한 증착된 층들의 반복적인 노출은, 형성된 층들 각각 내에서, 해당 층의 표면의 과다 경화, 또는 경화의 정도에 영향을 미칠 것이다. 그러므로, 일부 구현들에서, 표면이 먼저 경화될 것이고 추가적인 UV 광이, 표면 경화된 영역 아래의 물질에 도달하는 것을 차단하여; 전체적으로 부분적으로 경화된 구조가 "과소 경화"되게 할 것이기 때문에, 표면 경화 속도론이 관통 경화(벌크 경화)보다 더 빠르지 않는 것을 보장하는 것이 바람직하다. 일부 구현들에서, 적절한 쇄 연장 및 가교결합을 보장하기 위해 광개시제의 양을 감소시키는 것이 바람직하다. 일반적으로, 더 높은 분자량의 중합체들은 더 느리게 제어되는 중합으로 형성될 것이다. 반응 생성물들이 너무 많은 라디칼들을 포함하는 경우, 반응 속도론이 너무 신속하게 진행될 수 있고, 분자량들은 낮을 것이며, 이는 차례로, 경화된 물질의 기계적 특성들을 감소시킬 것이라고 여겨진다.
일부 구현들에서, 제1 연마 요소(들) 및 제2 연마 요소(들)(206)는 폴리아미드들, 폴리카보네이트들, 폴리에스테르들, 폴리에테르 케톤들, 폴리에테르들, 폴리옥시메틸렌들, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르이미드들, 폴리이미드들, 폴리올레핀들, 폴리실록산들, 폴리술폰들, 폴리페닐렌들, 폴리페닐렌 술피드들, 폴리우레탄들, 폴리스티렌들, 폴리아크릴로니트릴들, 폴리아크릴레이트들, 폴리메틸메타크릴레이트들, 폴리우레탄 아크릴레이트들, 폴리에스테르 아크릴레이트들, 폴리에테르 아크릴레이트들, 에폭시 아크릴레이트들, 폴리카보네이트들, 폴리에스테르들, 멜라민들, 폴리술폰들, 폴리비닐 물질들, 아크릴로니트릴 부타디엔 스티렌(ABS), 할로겐화 중합체들, 블록 공중합체들 및 이들의 공중합체들로부터 선택된 적어도 하나의 올리고머 및/또는 중합체 세그먼트들, 화합물들, 또는 물질들을 함유할 수 있다. 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)를 형성하는 데 사용되는 조성물들의 생성 및 합성은, 화학 구조(A)에 도시된 것과 같이, 전술된 중합체 및/또는 분자 세그먼트들 중 적어도 하나를 갖는 적어도 하나의 UV 방사선 경화성 관능성 및 반응성 올리고머를 사용하여 달성될 수 있다:
Figure pct00006
화학 구조(A)로 나타내지는 바와 같은 이관능성 올리고머인 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트는, 패드 몸체(202)의 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)에서 발견되는 물질들의 낮은, 중간의 및 높은 저장 탄성률(E') 특성에 기여할 수 있는 세그먼트들을 함유한다. 예를 들어, 방향족 기들은, 페닐 고리들에 의해 부여되는 소정의 국부적 강성 때문에, 추가된 강성도를 패드 몸체(202)에 부여할 수 있다. 그러나, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 에테르 쇄 세그먼트 "n"을 증가시킴으로써 저장 탄성률(E')을 낮출 것이고, 따라서, 증가된 가요성을 갖는 더 연질의 물질을 생성할 것이라는 점을 인식할 것이다. 일 구현에서, 고무 같은 반응성 올리고머인 폴리부타디엔 디아크릴레이트는, 화학 구조(B)에 도시된 바와 같이, 소정의 고무 같은 탄성 신장률을 갖는 더 연질이고 더 탄성있는 조성물을 생성하는 데 사용될 수 있다:
Figure pct00007
폴리부타디엔 디아크릴레이트는 펜던트 알릴 관능기(도시됨)를 포함하고, 이는 불포화의 다른 반응되지 않은 부위들과의 가교결합 반응을 겪을 수 있다. 일부 구현들에서, 폴리부타디엔 세그먼트 "m"의 잔류 이중 결합들은 가교결합들을 생성하도록 반응되고, 이는 가역적 엘라스토머 특성들로 이어질 수 있다. 일 구현에서, 조성물 가교결합들을 함유하는 연마 패드는 약 5 % 내지 약 40 %의 %신장률, 및 약 6 내지 약 15의 E'30:E'90 비율을 가질 수 있다. 일부 가교결합 화학물질들의 예들은 황 가황 및 퍼옥사이드, 예컨대, tert-부틸 퍼벤조에이트, 디쿠밀 퍼옥사이드, 벤조일 퍼옥사이드, 디-tert-부틸 퍼옥사이드 등을 포함한다. 일 구현에서, 가교결합 밀도가 적어도 약 2%이도록 가교결합들을 형성하기 위해, 총 제제 중량을 기준으로 3% 벤조일 퍼옥사이드가 폴리부타디엔 디아크릴레이트와 반응된다.
화학 구조(C)는, 연마 패드에 가요성 및 신장성을 부여할 수 있는 물질인 다른 유형의 반응성 올리고머인 폴리우레탄 아크릴레이트를 나타낸다. 우레탄 기들을 함유하는 아크릴레이트는 지방족 또는 방향족 폴리우레탄 아크릴레이트일 수 있고, 구조에 도시된 R 또는 R' 기들은 지방족, 방향족, 올리고머일 수 있고, 헤테로원자들, 예컨대, 산소를 함유할 수 있다.
Figure pct00008
반응성 올리고머들은 적어도 하나의 반응성 부위, 예컨대, 아크릴 부위를 함유할 수 있고, 일관능성, 이관능성, 삼관능성, 사관능성, 오관능성 및/또는 육관능성일 수 있으며, 따라서 가교결합을 위한 포커스들의 역할을 할 수 있다. 관능성 올리고머들은, 미국 펜실베니아주 엑스톤의 사르토머 유에스에이(Sartomer USA), 미국 코네티컷주 토링턴의 다이맥스 코포레이션(Dymax Corporation), 및 미국 조지아주 알파레타의 올넥스 코포레이션(Allnex Corporation)을 포함하는 다양한 공급원들로부터 획득될 수 있다.
본 개시내용의 일부 구현들에서, 이관능성, 삼관능성, 사관능성 및 더 높은 관능성의 아크릴레이트들을 포함하는 다관능성 아크릴레이트들은, 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)를 형성하는 데 사용되는 물질 내에, 그리고/또는 제1 연마 요소(들) 및 제2 연마 요소(들)에서 발견되는 물질들 사이에 가교결합들을 생성하고, 따라서, 저장 탄성률(E'), 점도 완화, 반발, 압축, 탄성, 신장률, 및 유리 전이 온도를 포함하는 연마 패드 특성들을 조정하는 데 사용될 수 있다. 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)를 형성하는 데 사용되는 다양한 물질들 내의 가교결합의 정도를 제어함으로써, 바람직한 패드 특성들이 형성될 수 있다는 것을 발견했다. 일부 구성들에서, 낮은 점도의 물질들의 계열은 더 다양한 분자 아키텍쳐들, 예컨대, 선형, 분지형 및/또는 시클릭뿐만 아니라, 더 넓은 범위의 분자량들을 제공하며, 이는 차례로, 제제 및 프로세스 윈도우를 넓히므로, 다관능성 아크릴레이트들은 패드 형성 제제에서 강성 방향족들을 대신하여 유리하게 사용될 수 있다. 다관능성 아크릴레이트들의 일부 예들은, 화학 구조 D(1,3,5-트리아크릴로일헥사히드로-1,3,5-트리아진) 및 화학 구조 E(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트)에 도시된다:
Figure pct00009
가교결합들이 형성되게 하는 메커니즘(들), 화학 구조 또는 가교결합제의 유형은 본 개시내용의 구현들에서 한정되지 않는다. 예를 들어, 아민 함유 올리고머는 공유 가교결합을 형성하기 위해 아크릴 모이어티와의 마이클 첨가 유형 반응을 겪을 수 있거나, 아민 기는 공유 가교결합을 생성하기 위해 에폭시드 기와 반응할 수 있다. 다른 구현들에서, 가교결합들은 이온 또는 수소 결합에 의해 형성될 수 있다. 가교결합제는 선형, 분지형 또는 시클릭 분자 세그먼트들을 함유할 수 있고, 올리고머 및/또는 중합체 세그먼트들을 더 함유할 수 있고, 헤테로원자들, 예컨대, 질소 및 산소를 함유할 수 있다. 연마 패드 조성물들에 유용할 수 있는 가교결합 화학물질 화합물들은, 미국 미주리주 세인트 루이스의 시그마-알드리치(Sigma-Aldrich), 미국 펜실베니아주 엑스톤의 사르토머 유에스에이, 미국 코네티컷주 토링턴의 다이맥스 코포레이션, 및 미국 조지아주 알파레타의 올넥스 코포레이션을 포함하는 다양한 공급원들로부터 획득될 수 있다.
본원에 언급된 바와 같이, 반응성 희석제들은, 적절한 점도의 제제를 달성하기 위해, 고점도의 관능성 올리고머들과 혼합되고, 경화 에너지에 노출될 때 희석제(들)와 더 높은 점도의 관능성 올리고머들의 공중합이 후속되는 점도 희석 용매들로서 사용될 수 있다. 일 구현에서, n이 대략 4와 동일할 때, 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트의 점도는 25 ℃에서 약 1350 센티포아즈(cP)일 수 있고, 이 점도는 3D 프린팅 프로세스에서 그러한 물질의 분배를 시행하기에는 너무 높을 수 있다. 그러므로, 점도를 섭씨 25 도에서 약 1 cP 내지 약 100 cP, 예컨대, 섭씨 25 도에서 약 1 cP 내지 약 20 cP로 낮추기 위해, 비스페놀-A 에톡실레이트 디아크릴레이트를 더 낮은 점도의 반응성 희석제들, 예컨대, 낮은 분자량의 아크릴레이트와 혼합하는 것이 바람직할 수 있다. 사용되는 반응성 희석제의 양은 제제 성분들 및 희석제(들) 자체의 점도에 따른다. 예를 들어, 목표 점도를 달성하기 위해, 1000 cP의 반응성 올리고머는 제제의 중량을 기준으로 적어도 40%의 희석을 수반할 수 있다. 반응성 희석제들의 예들이 화학 구조들 F(이소보르닐 아크릴레이트), G(데실 아크릴레이트) 및 H(글리시딜 메타크릴레이트)에 도시된다:
Figure pct00010
섭씨 25 도에서의 F-G의 각각의 점도들은 각각 9.5 cP, 2.5 cP, 및 2.7 cP이다. 반응성 희석제들은 또한, 다관능성일 수 있고, 그러므로, 중합체 네트워크들을 생성하는 가교결합 반응들 또는 다른 화학 반응들을 겪을 수 있다. 일 구현에서, 글리시딜 메타크릴레이트(H)는 반응성 희석제의 역할을 하고, 혼합물의 점도가 약 15 cP이도록 이관능성 지방족 우레탄 아크릴레이트들과 혼합된다. 대략적인 희석 배율은 약 2:1 내지 약 10:1, 예컨대, 약 5:1일 수 있다. 이 혼합물에 아민 아크릴레이트, 예컨대, 디메틸아미노에틸 메타크릴레이트가, 제제의 중량 기준으로 약 10 %이도록 추가될 수 있다. 혼합물을 섭씨 약 25 도로부터 섭씨 약 75 도까지 가열하는 것은, 아민과 에폭시드의 반응, 및 아크릴화 아민 및 아크릴화 에폭시드의 부가물의 형성을 야기한다. 그 다음, 적합한 자유 라디칼 광개시제, 예컨대, 이르가큐어® 651이 제제의 중량 기준으로 2% 추가될 수 있고, 혼합물은, 20 미크론 두께의 층이 기판 상에 형성되도록, 적합한 3D 프린터에 의해 분배될 수 있다. 그 다음, 얇은 중합체 막을 생성하기 위해, 액적 또는 층을, 약 10 내지 약 50 mJ/cm2의 강도의 스캐닝 UV 다이오드 레이저를 사용하여 약 200 nm 내지 약 400 nm의 UV 광에 약 0.1 ㎲ 내지 약 15초, 예컨대, 약 10초 동안 노출시킴으로써 층이 경화될 수 있다. 3D 프린팅된 패드 형성 제제들에 유용할 수 있는 반응성 희석제 화학물질 화합물들은, 미국 미주리주 세인트 루이스의 시그마-알드리치, 미국 펜실베니아주 엑스톤의 사르토머 유에스에이, 미국 코네티컷주 토링턴의 다이맥스 코포레이션, 및 미국 조지아주 알파레타의 올넥스 코포레이션을 포함하는 다양한 공급원들로부터 획득될 수 있다.
연마 패드들의 제조에 유용할 수 있는 방사선 경화의 다른 방법은 UV 또는 저 에너지 전자 빔(들)에 의해 개시되는 양이온 경화이다. 에폭시 기 함유 물질들은 양이온 경화성일 수 있고, 에폭시 기들의 개환 중합은 양이온들, 예컨대, 양성자들 및 루이스 산들에 의해 개시될 수 있다. 에폭시 물질들은 단량체들, 올리고머들 또는 중합체들일 수 있고, 지방족, 방향족, 시클로지방족, 아릴지방족 또는 헤테로시클릭 구조들을 가질 수 있다. 에폭시 물질들은 또한, 지환족 또는 헤테로시클릭 고리계의 일부를 형성하는 측기들 또는 기들로서 에폭시드 기들을 포함할 수 있다.
UV 개시 양이온 광중합은, 자유 라디칼 광중합과 비교하여, 더 낮은 수축, 더 양호한 투명도, 리빙 중합을 통한 더 양호한 관통 경화, 및 산소 억제의 결여를 포함하는 여러 장점들을 나타낸다. UV 양이온 중합은, 자유 라디칼 수단, 예컨대, 에폭시드들, 비닐 에테르들, 프로페닐 에테르들, 실록산들, 옥세탄들, 시클릭 아세탈들 및 포르말들, 시클릭 술피드들, 락톤들 및 락탐들에 의해서는 중합될 수 없는 부류들의 단량체들을 중합할 수 있다. 양이온 중합성 단량체들은, 본원에 설명된 바와 같은 탄소-탄소 이중 결합들을 통한 자유 라디칼 중합을 또한 겪을 수 있는 불포화 단량체들, 예컨대, 글리시딜 메타크릴레이트(화학 구조 H)를 포함한다. UV 광(~ 225 내지 300 nm) 또는 전자 빔들로 조사될 때 광산을 생성하는 광개시제들은, 독일 루트비히스하펜의 BASF로부터 획득될 수 있는 아릴 오늄 염들, 예컨대, 아이오도늄 및 술포늄 염들, 예컨대, 트리아릴술포늄 헥사플루오로포스페이트 염들(이르가큐어® 제품)을 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)를, 그리고 따라서 패드 몸체(202)를 형성하는 데 사용되는 물질(들)은 적어도 하나의 방사선 경화성 수지 전구체 조성물의 순차적 증착 및 양이온 경화로 형성될 수 있고, 여기서, 조성물들은, 에폭시 기들을 갖는, 관능성 중합체들, 관능성 올리고머들, 단량체들, 및/또는 반응성 희석제들을 함유한다. 혼합된 자유 라디칼 및 양이온 경화 시스템들은 비용을 절약하고 물리적 특성들을 균형맞추기 위해 사용될 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)는 적어도 하나의 방사선 경화성 수지 전구체 조성물의 순차적 증착 및 양이온 및 자유 라디칼 경화로 형성될 수 있고, 여기서, 조성물들은, 아크릴 기들 및 에폭시 기들을 갖는, 관능성 중합체들, 관능성 올리고머들, 단량체들, 양이온성 단량체들, 반응성 희석제들을 함유한다. 다른 구현에서, 일부 양이온 경화된 시스템들에 내재된 광 흡수의 결여 및 투명도의 장점을 취하기 위해, 관측 윈도우 또는 CMP 종점 검출 윈도우가, 양이온 방법에 의해 경화되는 조성물로부터 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 형성된 연마 패드의 층들 중 일부는 양이온 경화 방법의 사용에 의해 형성될 수 있고, 층들 중 일부는 자유 라디칼 경화 방법으로부터 형성될 수 있다.
일 구현에서, 3D 프린팅된 중합체 층들은 형성된 진보된 연마 패드(200)에서 발견되는 선택된 물질 층들의 하나 이상의 패드 특성을 향상시키는 데 사용되는 무기 및/또는 유기 입자들을 함유할 수 있다. 3D 프린팅 프로세스는 층당 적어도 하나의 조성물의 층별 순차적 증착을 수반하기 때문에, 특정 패드 특성을 획득하고/거나 특정 기능을 수행하기 위해 패드 층 상에 또는 패드 층 내에 배치되는 무기 또는 유기 입자들을 추가적으로 증착시키는 것이 또한 바람직할 수 있다. 무기 또는 유기 입자들은 크기가 25 나노미터(nm) 내지 100 마이크로미터(㎛) 범위일 수 있고, 액적 토출 프린터, 예컨대, 액적 토출 프린터(306)(도 3a-3d 참고)에 의해 분배되기 전에 전구체 물질들에 추가될 수 있거나, 1 내지 약 50 중량 퍼센트(wt.%)의 비율로, 경화되지 않은 프린팅된 층에 추가될 수 있다. 최대 인장 강도를 개선하고, 항복 강도를 개선하고, 온도 범위에 걸쳐 저장 탄성률의 안정성을 개선하고, 열 전달을 개선하고, 표면들 제타 전위를 조정하고, 그리고/또는 표면의 표면 에너지를 조정하기 위해, 연마 패드 형성 프로세스 동안 무기 또는 유기 입자들이 추가될 수 있다. 입자 유형, 화학적 조성, 또는 크기, 및 추가된 입자들은 응용 또는 달성되어야 하는 목표된 효과에 따라 달라질 수 있다. 일부 구현들에서, 입자들은 금속간 물질들, 세라믹들, 금속들, 중합체들, 및/또는 금속 산화물들, 예컨대, 세리아, 알루미나, 실리카, 지르코니아, 질화물들, 탄화물들, 또는 이들의 조합들을 포함할 수 있다. 일 예에서, 패드 상에, 위에 또는 내에 배치되는 무기 또는 유기 입자들은 진보된 연마 패드의 기계적 특성들 및/또는 열 전도율을 개선하기 위해 고성능 중합체들, 예컨대, PEEK, PEK, PPS, 및 다른 유사한 물질들의 입자들을 포함할 수 있다. 3D 프린팅된 연마 패드에 통합되는 입자들은 또한, 가교결합을 위한 포커스들의 역할을 할 수 있고, 이는 중량 하중 기준의 백분율에 따라 더 높은 저장 탄성률(E')로 이어질 수 있다. 다른 예에서, 극성 입자들, 예컨대, 세리아를 함유하는 중합체 조성물은 패드 표면의 극성 물질들 및 액체들, 예컨대, CMP 슬러리들에 대해 추가의 친화성을 가질 수 있다.
진보된 연마 패드 제제 예들
본원에 설명된 구현들의 양상들은 이하의 예들에 의해 더 예시된다. 이 예들에서 언급된, 특정 물질들 및 그의 양들뿐만 아니라 다른 조건들 및 세부사항들은 본원에 설명된 구현들을 제한하는 데 사용되어서는 안 된다. 본 개시내용의 예들은, 샘플 번호가 후속되는 문자 "E"에 의해 식별되는 반면, 본 개시내용의 예들이 아닌 비교 예들은, 샘플 번호가 후속되는 문자 "X"로 지정된다.
위에서 언급된 바와 같이, 일부 구현들에서, 2개 이상의 연마 요소(들), 예컨대, 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206) 중 적어도 하나를 형성하는 데에 사용되는 물질들 중 하나 이상은, 적어도 하나의 경화성 수지 전구체 조성물의 순차적인 증착 및 증착후 처리에 의해 형성된다. 일반적으로, 적층 제조 시스템(350)(도 3a 참고)의 전구체 전달 섹션(353)에서 수행되는 전구체 제제 프로세스 동안 혼합되는 경화성 수지 전구체 조성물들은, 관능성 올리고머, 양이온성 단량체들, 반응성 희석제들 및 경화 성분들, 예컨대, 개시제들을 함유하는 수지 전구체 조성물들의 제제를 포함할 것이다. 이 성분들의 일부의 예들이 이하에 표 1에 나열된다.
표 1
Figure pct00011
Figure pct00012
관능성 올리고머들의 예들은 표 1의 O1-O5 항목들에서 발견할 수 있다. 관능성 반응성 희석제들 및 다른 첨가제들의 예들은 표 1의 M1-M8 항목들에서 발견할 수 있다. 경화 성분들의 예들은 표 1의 P1-P2 및 A1 항목들에서 발견된다. 양이온성 단량체의 예들은 표 1의 C1-C2에서 발견되고, C1-C2를 제조하는 방법들은 본원에 설명된다. 표 1에서 발견되는 O1-O3, M1-M3 및 M5-M8 항목들은 사르토머 유에스에이로부터 입수 가능하고, O4 항목은 대한민국의 미원 스페셜티 케미칼 코포레이션, 엘티디(Miwon Specialty Chemical Corporation, Ltd.)로부터 입수 가능하고, O5 항목은 미국 조지아주 알파레타의 올넥스 코포레이션으로부터 입수 가능하고, M4 항목은 독일의 BYK-가드너 게엠베하(BYK-Gardner GmbH)로부터 입수 가능하고, P1-P2 및 A1 항목들은 치바 스페셜티 케미칼 인코포레이션(Chiba Specialty Chemicals Inc.) 및 란 유에스에이 코포레이션(RAHN USA Corporation)으로부터 입수 가능하다.
본원에 설명된 적층 제조 프로세스들의 하나의 장점은, 패드 몸체 구조 내에서 사용되는 다양한 물질들의 구조적 구성 및 물질들의 조성에 기초하여 조정될 수 있는 특성들을 갖는 진보된 연마 패드를 형성하는 능력을 포함한다. 아래의 정보는 일부 물질 제제들, 및 이러한 제제들 및/또는 처리 기법들에서의 다양한 성분들의 변화가, 종래의 연마 패드 설계들에 비해 개선된 연마 결과들을 달성할 진보된 연마 패드를 형성하는 데에 필요한 특성들 중 일부에 미치는 영향의 일부 예들을 제공한다. 이러한 예들에서 제공되는 정보는, 진보된 연마 패드(200)의 적어도 일부, 예컨대, 제1 연마 요소(들)(204), 제2 연마 요소(들)(206), 또는 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206) 양쪽 모두의 일부를 형성하는 데 사용될 수 있다. 본원에 설명된 특성들 중 일부를 조정하기 위해 다른 유사한 화학 제제들 및 처리 기법들이 사용될 수 있으므로, 본원에 제공된 예들은 본원에 제공된 구현들의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는다.
위에서 그리고 아래에서 설명되는 경화성 수지 전구체 조성물 성분들의 예들은 비교예들인 것으로 의도되고, 관련 기술분야의 통상의 기술자는, 목표된 특성들을 달성하기 위해 다양한 공급원들로부터 다른 적합한 단량체들/올리고머들을 찾아낼 수 있다. 반응성 희석제들에 대한 일부 예들은 2-에틸헥실 아크릴레이트, 옥틸데실 아크릴레이트, 시클릭 트리메틸올프로판 포르말 아크릴레이트, 카프로락톤 아크릴레이트, 및 알콕실화 라우릴 메타크릴레이트이다. 제1 물질은 시그마-알드리치로부터 입수가능하고, 나머지는 사르토머 유에스에이 및/또는 란 에이지 유에스에이로부터 획득될 수 있다(SR 시리즈 203, 217, 238, 242, 306, 339, 355, 368, 420, 484, 502, 506A, 508, SR 531, 550, 585, 495B, 256, 257, 285, 611, 506, 833S, 및 9003B, CD 시리즈 421A, 535, 545, 553, 590, 730, 및 9075, 게노머(Genomer) 시리즈 1116, 1117, 1119, 1121, 1122, 5142, 5161, 5275, 6058, 7151, 및 7210, 제노큐어(Genocure) 시리즈, BP, PBZ, PMP, DETX, ITX, LBC, LBP, TPO, 및 TPO-L, 및 미라머(Miramer) 시리즈, M120, M130, M140, M164, M166, 및 M170). 이관능성 가교결합제들의 일부 예들은 비스페놀 A 글리세롤레이트 디메타크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 및 1,4-부탄디올 디아크릴레이트이며, 이들은 시그마-알드리치로부터 획득될 수 있다. 올리고머들의 일부 예들은 지방족 올리고머들(사르토머 유에스에이로부터의 CN 시리즈 131, 131B, 132, 152, 508, 549, 2910, 3100 및 3105), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머들(사르토머 유에스에이로부터의 CN 시리즈 292, 293, 294E, 299, 704, 2200, 2203, 2207, 2261, 2261LV, 2262, 2264, 2267, 2270, 2271E, 2273, 2279, 2282, 2283, 2285 및 2303) 및 지방족 우레탄 올리고머들(사르토머 유에스에이로부터의 CN 시리즈 929, 959, 961H81, 962, 969, 964A85, 965, 968, 980, 986, 989, 991, 992, 996, 2921, 9001, 9007, 9013, 9178 및 9783)을 포함할 수 있다. 작용제들 또는 첨가제들, 예컨대, 3550, 3560, 307, 378, 1791, 1794, 9077, A515, A535, JET9510, JET9511, P9908, UV3500, UV3535, 디스퍼BYK®(DISPERBYK®)-168, 및 디스퍼BYK®-2008이 BYK로부터 공급될 수 있다. 제1 유형 광개시제는 BASF, 예컨대, 이르가큐어 시리즈들 184, 2022, 2100, 250, 270, 295, 369, 379, 500, 651, TPO, TPO-L, 754, 784, 819, 907, 1173, 또는 4265로부터일 수 있다. 추가적으로, 다른 관능성 올리고머들 및 수지 전구체 조성물 성분들, 예컨대, 에베크릴(Ebecryl) 시리즈들(EB): 40, 53, 80, 81, 83, 110, 114, 130, 140, 150, 152, 154, 168, 170, 180, 220, 230, 242, 246, 264, 265, 270, 271, 284, 303, 350, 411, 436, 438, 450, 452, 524, 571, 600, 605, 608, 657, 745, 809, 810, 811, 812, 830, 860, 870, 871, 885, 888, 889, 893, 1258, 1290, 1291, 1300, 1360, 1710, 3200, 3201, 3411, 3415, 3418, 3500, 3600, 3700, 3701, 3720, 4265, 4827, 4833, 4849, 4858, 4883, 5129, 7100, 8100, 8296, 8301, 8311, 8402, 8405, 8411, 8412, 8413, 8414, 8465, 8501, 8602, 8701, 8702, 8804, 8807, 8808, 및 8810은 올넥스 코포레이션으로부터 구매할 수 있다.
예들:
이하의 비제한적인 예들은 본원에 설명된 구현들을 더 예시하기 위해 제공된다. 그러나, 예들은 모든 것을 포함하도록 의도된 것이 아니며, 본원에 설명된 구현들의 범위를 제한하도록 의도된 것이 아니다. 연마 물품들의 연마 표면들의 제타 전위를, 1 mM의 KCl 용액이 사용된 유동 전위 기법에 따라, 안톤파(Anton Parr)로부터 입수가능한 서파스™(SurPASS™) 동전기학적 분석기를 사용하여 측정하였다.
예 I: R은 H이고, R 1 , R 2 및 R 3 은 CH 3 이고, X=CF 3 SO 3 인 화학식 (I)의 양이온성 아크릴 단량체의 Zp 첨가제의 합성
메틸 트리플루오로메탄술포네이트(10 g)를 질소 분위기 하에서 100 ml 둥근 바닥 플라스크에 추가하였다. 클로로포름(10 ml)을 추가하여 혼합물을 형성하였다. 혼합물을 얼음 물로 섭씨 5 도로 냉각시켰다. 냉각 후, 2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트(8.72 g)를 혼합물에 적가하였다. 표제 화합물을 획득하기 위해 반응물을 18시간 동안 교반하고, 휘발성 물질을 감압 하에 제거하였다.
예 2: R은 H이고, R 1 및 R 2 는 CH 3 이고, R 3 은 CH 2 CH 3 이고 X=CH 3 SO 3 인 화학식 (I)의 양이온성 아크릴 단량체의 Zp 첨가제의 합성
2-(디메틸아미노)에틸 아크릴레이트(15.74 g)를 질소 분위기 하에서 100 ml 둥근 바닥 플라스크에 추가하였다. 혼합물을 얼음 물로 섭씨 5 도로 냉각시켰다. 그 다음, 에틸 메탄술포네이트(13.65 g)를 적가하였다. 반응 혼합물을 섭씨 40 도로 천천히 데우고, 섭씨 40 도에서 2시간 동안 유지하였다. 표제 화합물을 획득하기 위해, 가열을 중지하고 결과 용액을 밤새 교반하였다.
예 3: 예 1의 Zp 첨가제를 포함하는 강성 제제(X1)
표 2에 나타낸 바와 같이 섭씨 70 도에서 14.5 cP의 점도를 갖도록 단량체들 및 올리고머들을 광개시제들과 함께 혼합하여 고탄성률 제제(X1)를 제조하였다.
표 2
Figure pct00013
예 1의 양이온성 단량체를 중량 기준으로 5%(E1), 중량 기준으로 10%(E2) 그리고 중량 기준으로 15%(E3)의 양을 제제(X1)에 추가하였다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 경화된 생성물의 Zp는 pH 7에서 -50으로부터 -8 mV로 증가되었고, 이는 예 1의 양이온성 단량체의 추가가 증가됨에 따라 Zp 값이 양의 측 쪽으로 증가하는 것을 나타냈다.
표 3
Figure pct00014
예 4: 예 2의 Zp 첨가제를 포함하는 연질 제제(X2)
섭씨 70 도에서 대략 14 cP의 점도를 갖도록 단량체들 및 올리고머들을 광개시제들과 함께 혼합하여 이러한 저탄성률 제제를 제조하였다. 올리고머 및 단량체 함량을 섭씨 70 도에서 대략 14 cP의 점도를 유지하도록 살짝 조정함으로써, 이 제제에, 예 2의 제2 양이온성 단량체를 중량 기준으로 10%(E4)의 양을 추가했고 중량 기준으로 15%(E5)의 양을 추가했다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 경화된 생성물의 Zp는 pH 7에서 (Zp 단량체가 없을 때) -40으로부터 +56.6 mV로 증가되었고, 이는 Zp 단량체를 추가한 이후 Zp가 양인 것을 나타냈다.
표 4
Figure pct00015
적층 제조 장치 및 프로세스 예들
도 3a는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른 적층 제조 프로세스를 사용하여, 진보된 연마 패드를 형성하는 데 사용될 수 있는 적층 제조 시스템(350)의 개략적인 단면도이다. 적층 제조 프로세스는, 프로세스, 예컨대, 폴리젯 증착 프로세스, 잉크젯 프린팅 프로세스, 융합 증착 모델링 프로세스, 결합제 분사 프로세스, 분말 층 융합 프로세스, 선택적 레이저 소결 프로세스, 스테레오리소그래피 프로세스, vat 광중합 디지털 광 처리, 시트 적층 프로세스, 지향성 에너지 증착 프로세스, 또는 다른 유사한 3D 증착 프로세스를 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
적층 제조 시스템(350)은 일반적으로, 전구체 전달 섹션(353), 전구체 제제 섹션(354) 및 증착 섹션(355)을 포함한다. 증착 섹션(355)은 일반적으로, 적층 제조 디바이스 또는 이후로 프린팅 스테이션(300)을 포함할 것이다. 진보된 연마 패드(200)는 프린팅 스테이션(300) 내의 지지부(302) 상에서 프린팅될 수 있다. 전형적으로, 진보된 연마 패드(200)는, CAD(컴퓨터 보조 설계) 프로그램으로부터, 하나 이상의 액적 토출 프린터(306), 예컨대, 도 3a에 예시된 프린터(306A) 및 프린터(306B)를 사용하여 층별로 형성된다. 프린터들(306A, 306B) 및 지지부(302)는 프린팅 프로세스 동안 서로에 대해 이동할 수 있다.
액적 토출 프린터(306)는 액체 전구체들을 분배하기 위한 하나 이상의 노즐(예를 들어, 노즐들(309-312))을 갖는 하나 이상의 프린트 헤드(308)를 포함할 수 있다. 도 3a의 구현에서, 액적 토출 프린터(306A)는 노즐(309)을 갖는 프린트 헤드(308A) 및 노즐(310)을 갖는 프린트 헤드(308B)를 포함한다. 노즐(309)은 제1 중합체 물질, 예컨대, 연질 또는 낮은 저장 탄성률(E')의 중합체를 형성하기 위해 제1 액체 전구체 조성물을 분배하도록 구성될 수 있고, 반면에 노즐(310)은 제2 중합체 물질, 예컨대, 경질 중합체, 또는 높은 저장 탄성률(E')을 나타내는 중합체를 형성하기 위해 제2 액체 전구체를 분배하는 데에 사용될 수 있다. 액체 전구체 조성물들은 바람직한 특성들을 갖는 진보된 연마 패드를 형성하기 위해 선택된 위치들 또는 영역들에 분배될 수 있다. 이러한 선택된 위치들은, 전자 제어기(305)에 의해 판독되는 CAD 호환 파일로서 저장될 수 있는 목표 프린팅 패턴을 집합적으로 형성하고, 전자 제어기는 액적 토출 프린터(306)의 노즐들로부터의 액적들의 전달을 제어한다.
전자 제어기(305)는 일반적으로, 프린팅 스테이션(300)을 포함하는 적층 제조 시스템(350) 내의 구성요소들의 제어 및 자동화를 용이하게 하는 데에 사용된다. 전자 제어기(305)는, 예를 들어, 컴퓨터, 프로그램가능 로직 제어기 또는 내장형 제어기일 수 있다. 전자 제어기(305)는 전형적으로, 중앙 처리 유닛(CPU)(도시되지 않음), 메모리(도시되지 않음), 및 입력들 및 출력들(I/O)을 위한 지원 회로들(도시되지 않음)을 포함한다. CPU는, 다양한 시스템 기능들, 기판 이동, 챔버 프로세스들을 제어하고, 지원 하드웨어(예를 들어, 센서들, 모터들, 가열기들 등)를 제어하고, 시스템에서 수행되는 프로세스들을 모니터링하기 위해 산업 현장에서 사용되는 임의의 형태의 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리는 CPU에 연결되고, 쉽게 입수가능한 비휘발성 메모리, 예컨대, 랜덤 액세스 메모리(RAM), 플래시 메모리, 판독 전용 메모리(ROM), 플로피 디스크, 하드 디스크, 또는 임의의 다른 형태의 로컬 또는 원격 디지털 저장소 중 하나 이상일 수 있다. 소프트웨어 명령어들 및 데이터는 CPU에 명령하기 위해 메모리 내에서 코딩되고 저장될 수 있다. 지원 회로들은 또한, 종래의 방식으로 프로세서를 지원하기 위해 CPU에 연결된다. 지원 회로들은 캐시, 전력 공급부들, 클럭 회로들, 입력/출력 회로, 하위시스템들 등을 포함할 수 있다. 전자 제어기(305)에 의해 판독가능한 프로그램(또는 컴퓨터 명령어들)은 적층 제조 시스템(350)의 구성요소(들)에 의해 어느 작업들이 수행가능한지를 결정한다. 바람직하게, 프로그램은, 전자 제어기(305)에서 수행 중인 다양한 프로세스 작업들 및 다양한 순서들과 함께 프린터(306)로부터 전달되는 액적들의 전달과 위치지정, 및 프린팅 스테이션(300) 내에서의 구성요소들의 이동, 지지 및/또는 위치지정의 모니터링, 실행 및 제어에 관련된 작업들을 수행하기 위한 코드를 포함하는 전자 제어기(305)에 의해 판독가능한 소프트웨어이다.
3D 프린팅 후에, 진보된 연마 패드(200)는 적층 제조 시스템(350)의 증착 섹션(355) 내에 배치되는 경화 디바이스(320)의 사용에 의해 고화될 수 있다. 경화 디바이스(320)에 의해 수행되는 경화 프로세스는, 프린팅된 연마 패드를 경화 온도로 가열하거나, 패드를 하나 이상의 형태의 전자기 방사선 또는 전자 빔 경화에 노출시킴으로써 수행될 수 있다. 일 예에서, 경화 프로세스는, 프린팅된 연마 패드를, 전자기 방사선 공급원, 예컨대, 가시 광원, 자외선 광원, 및 x-선 공급원, 또는 경화 디바이스(320) 내에 배치되는 다른 유형의 전자기파 공급원에 의해 생성되는 방사선(321)에 노출시킴으로써 수행될 수 있다.
적층 제조 프로세스는 상이한 물질들 및/또는 물질들의 상이한 조성물들로 형성된 불연속 피쳐들을 갖는 진보된 연마 패드들을 제조하기 위한 편리하고 고도로 제어가능한 프로세스를 제공한다. 일 구현에서, 연질 또는 낮은 저장 탄성률(E')의 피쳐들, 및/또는 경질 또는 높은 저장 탄성률(E')의 피쳐들이, 적층 제조 프로세스를 사용하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 연마 패드의 연질 또는 낮은 저장 탄성률(E')의 피쳐들은, 프린터(306B)의 노즐(312)로부터 분배되는, 폴리우레탄 세그먼트들을 함유하는 제1 조성물로 형성될 수 있고, 연마 패드의 경질 또는 높은 저장 탄성률(E')의 피쳐들은, 프린터(306A)의 노즐(310)로부터 분배되는 제2 조성물의 액적들로 형성될 수 있다.
다른 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204) 및/또는 제2 연마 요소(들)(206)는 2개 이상의 조성물들의 혼합물로 각각 형성될 수 있다. 일 예에서, 제1 조성물은 제1 프린트 헤드, 예컨대, 프린트 헤드(308A)에 의해 액적들의 형태로 분배될 수 있고, 제2 조성물은 제2 프린트 헤드, 예컨대, 프린터(306A)의 프린트 헤드(308B)에 의해 액적들의 형태로 분배될 수 있다. 다수의 프린트 헤드들로부터 전달된 액적들의 혼합물로 제1 연마 요소(들)(204)를 형성하는 것은, 전자 제어기(305)에서 발견되는 증착 맵 내의 미리 결정된 픽셀들 상에 제1 연마 요소(들)(204)에 대응하는 픽셀들의 정렬을 포함한다. 그 다음, 프린트 헤드(308A)는 제1 연마 요소(들)(204)가 형성되어야 하는 장소에 대응하는 픽셀들과 정렬될 수 있고, 그 다음, 미리 결정된 픽셀들 상에 액적들을 분배할 수 있다. 따라서, 진보된 연마 패드는 제1 액적 조성물의 액적들을 증착시킴으로써 형성되는 물질들의 제1 조성물, 및 제2 액적 조성물의 액적들을 증착시킴으로써 형성되는 물질들의 제2 조성물을 포함하는 제2 물질로 형성될 수 있다.
도 3b는 패드 제조 프로세스 동안의 진보된 연마 패드(200) 및 프린팅 스테이션(300)의 부분의 개략적인 단면도이다. 도 3b에 도시된 바와 같은 프린팅 스테이션(300)은 진보된 연마 패드(200)의 부분을 순차적으로 형성하는 데 사용되는 2개의 프린터들(306A 및 306B)을 포함한다. 도 3b에 도시된 진보된 연마 패드(200)의 부분은, 예를 들어, 최종적으로 형성되는 진보된 연마 패드(200)의 제1 연마 요소(들)(204) 또는 제2 연마 요소(들)(206) 중 어느 하나의 일부를 포함할 수 있다. 처리 동안, 프린터들(306A 및 306B)은, 각각, 액적들("A" 또는 "B")을 지지부(302)의 제1 표면에, 그리고 이어서, 층별 프로세스에서 지지부(302) 상에 배치된 성장하는 연마 패드의 표면에 전달하도록 구성된다. 도 3b에 도시된 바와 같이, 제2 층(348)은 지지부(302) 상에서 형성된 제1 층(346) 위에 증착된다. 일 구현에서, 제2 층(348)은, 패드 제조 프로세스에서 프린터들(306A 및 306B)의 하류에 배치되는 경화 디바이스(320)에 의해 처리된 제1 층(346) 위에 형성된다. 일부 구현들에서, 프린터들(306A 및 306B) 중 하나 이상이 액적들("A" 및/또는 "B")을 이전에 형성된 층(346)의 표면(346A) 상에 증착시키는 동안, 제2 층(348)의 부분들이 경화 디바이스(320)에 의해 동시에 처리될 수 있다. 이 경우에, 현재 형성되고 있는 층은, 경화 구역(349A)의 양측 상에 배치되는, 처리된 부분(348A) 및 처리되지 않은 부분(348B)을 포함할 수 있다. 처리되지 않은 부분(348B)은 일반적으로, 프린터들(306B 및 306A)을 각각 사용하여, 이전에 형성된 층(346)의 표면(346A) 상에 증착되는, 분배된 액적들, 예컨대, 분배된 액적들(343 및 347)의 패턴, 예컨대, 어레이를 포함한다.
도 3c는 이전에 형성된 층(346)의 표면(346A) 상에 배치되는 분배된 액적(343)의 확대 단면도이다. 분배된 액적(343) 내의 물질들의 특성들에 기초하여, 그리고 표면(346A)의 표면 에너지로 인해, 분배된 액적은 표면 장력으로 인해 원래의 분배된 액적(예를 들어, 액적들 "A" 또는 "B")의 크기보다 더 큰 양으로 표면에 걸쳐 확산될 것이다. 분배된 액적의 확산의 양은 이 액적이 표면(346A) 상에 증착되는 순간부터 시간의 함수로서 달라질 것이다. 그러나, 매우 짧은 기간(예를 들어, <1 초) 후에, 액적의 확산은 평형 크기에 도달할 것이고, 평형 접촉 각도(α)를 가질 것이다. 표면에 걸친 분배된 액적의 확산은 성장하는 연마 패드의 표면 상의 액적들의 배치의 해상도에 영향을 미치고, 따라서, 최종 연마 패드의 다양한 영역들 내에서 발견되는 피쳐들 및 물질 조성물들의 해상도에 영향을 미친다.
일부 구현들에서, 액적들("A" 및 "B")이 기판의 표면과 접촉한 이후에, 각각의 액적을 목표된 크기로 경화 또는 "고정"시키기 위해 이 액적들 중 하나 또는 둘 모두를, 액적이 기판의 표면 상에서 액적의 경화되지 않은 평형 크기로 확산될 기회를 갖기 전에 일정 기간 동안 노출시키는 것이 바람직하다. 이 경우에, 경화 디바이스(320)에 의해, 분배된 액적, 및 이 액적이 배치되는 표면에 공급되는 에너지 및 액적의 물질 조성물은 분배된 액적들 각각의 해상도를 제어하도록 조정된다. 그러므로, 3D 프린팅 프로세스 동안 제어하거나 조정하기 위한 하나의 파라미터는, 분배된 액적이 배치되는 표면에 대한 분배된 액적의 표면 장력의 제어이다. 일부 구현들에서, 경화 프로세스의 속도론을 제어하고, 산소 억제를 방지하고/거나, 액적이 증착되는 표면에 대한 액적의 접촉 각도를 제어하기 위해 하나 이상의 경화 향상 성분(예를 들어, 광개시제)을 액적의 제제에 추가하는 것이 바람직하다. 경화 향상 성분들은, 1) 전자기 방사선의 목표된 양에 대한 초기 노출 동안, 분배된 액적의 물질에서 발생하는 벌크 경화의 양, 2) 전자기 방사선의 원하는 양에 대한 초기 노출 동안, 분배된 액적의 물질에서 발생하는 표면 경화의 양, 및 3) 분배된 액적의 표면 경화된 영역에 대한 표면 특성 개질제(예를 들어, 첨가제들)의 양을 조정할 수 있는 물질들을 일반적으로 포함할 것이라는 점을 주목한다. 분배된 액적의 표면 경화된 영역에 대한 표면 특성 개질제의 양은 일반적으로, 분배되고 적어도 부분적으로 경화된 액적의 표면에서 발견되는 경화된 또는 부분적으로 경화된 중합체의 표면 에너지의 조정을 포함한다.
프린팅 프로세스 동안, 각각의 분배된 액적의 표면 특성들 및 치수 크기를 "고정"시키기 위해 액적을 부분적으로 경화시키는 것이 바람직하다는 점을 발견했다. 액적을 바람직한 크기로 "고정"시키는 능력은, 적층 제조 프로세스 동안 적어도 하나의 경화 향상 성분의 목표된 양을 액적의 물질 조성물에 추가하고 경화 디바이스(320)로부터 충분한 양의 전자기 에너지를 전달함으로써 달성될 수 있다. 일부 구현들에서, 적층 형성 프로세스 동안 약 1 밀리줄/제곱 센티미터(mJ/cm2) 내지 100 mJ/cm2, 예컨대, 약 10-20 mJ/cm2의 자외선(UV) 광을 액적에 전달할 수 있는 경화 디바이스를 사용하는 것이 바람직하다. UV 방사선은, 임의의 UV 공급원, 예컨대, 수은 마이크로파 아크 램프들(예를 들어, H 벌브, H+ 벌브, D 벌브, Q 벌브, 및 V 벌브 유형 램프들), 펄스형 크세논 플래시 램프들, 고효율 UV 발광 다이오드 어레이들, 및 UV 레이저들에 의해 제공될 수 있다. UV 방사선은 약 170 nm 내지 약 500 nm의 파장을 가질 수 있다.
일부 구현들에서, 분배된 액적들("A", "B")의 크기는 약 10 내지 약 200 미크론, 예컨대, 약 50 내지 약 70 미크론일 수 있다. 액적이 위에 및 상에 분배되는 기판 또는 중합체 층의 표면 에너지(다인))에 따라, 경화되지 않은 액적은 약 10 내지 약 500 미크론, 예컨대, 약 50 내지 약 200 미크론의 크기(343A)로 표면 상에 그리고 표면에 걸쳐 확산될 수 있다. 일 예에서, 그러한 액적의 높이는, 그러한 인자들, 예컨대, 표면 에너지, 습윤, 및/또는 다른 첨가제들, 이를 테면, 유동제들, 증점제들, 및 계면활성제들을 포함할 수 있는 수지 전구체 조성물에 따라, 약 5 내지 약 100 미크론일 수 있다. 첨가제들에 대한 하나의 공급원은 독일 게레스트리드의 BYK-가드너 게엠베하이다.
일부 구현들에서, 일반적으로, 분배된 액적이, 이 액적이 고정될 표면과 접촉하게 된 이후, 분배된 액적이 약 1 초 미만, 예컨대, 약 0.5 초 미만으로 "고정"되는 것을 허용하기 위해, 광개시제, 액적 조성물에서의 광개시제의 양, 및 경화 디바이스(320)에 의해 공급되는 에너지의 양을 선택하는 것이 바람직하다. 전달된 경화 에너지에 대한 노출로 인해, 분배된 액적을 부분적으로 경화시키는 데에 소요되는 실제 시간은, 전달된 방사선에 액적이 노출되기 전에 액적이 표면 상에 상주하는 시간보다 더 길거나 더 짧을 수 있는데, 이는, 분배된 액적의 경화 시간은 경화 디바이스(320)로부터 제공되는 방사선 에너지의 양 및 에너지의 파장에 따를 것이기 때문이다. 일 예에서, 120 마이크로미터(㎛)의 분배된 액적을 부분적으로 경화시키는 데에 사용되는 노출 시간은, 약 10-15 mJ/cm2의 UV 방사선의 방사선 노출 수준의 경우, 약 0.4 마이크로초(㎲)이다. 이러한 짧은 시간 프레임에 액적을 "고정"시키기 위한 노력으로, 진보된 연마 패드의 표면(346A)이 경화 디바이스(320)로부터 전달되는 방사선(321)에 노출되는 동안, 액적 토출 프린터(306)의 분배 노즐을 연마 패드의 표면으로부터 짧은 거리에, 예컨대, 0.1 내지 10 밀리미터(mm), 또는 심지어는 0.5 내지 1 mm에 위치시킨다. 또한, 액적 조성물, 이전에 형성된 층의 경화의 양(예를 들어, 이전에 형성된 층의 표면 에너지), 경화 디바이스(320)로부터의 에너지의 양, 및 액적 조성물에서의 광개시제의 양을 제어함으로써, 고정된 액적 크기를 제어하고, 따라서 프린팅 프로세스의 해상도를 제어하기 위해 액적의 접촉 각도(α)가 제어될 수 있다는 점을 발견했다. 일 예에서, 아래놓인 층의 경화는 약 70% 아크릴레이트 전환으로 이루어진 경화일 수 있다. 고정된, 또는 적어도 부분적으로 경화된 액적은 또한, 본원에서 경화된 액적으로 지칭된다. 일부 구현들에서, 고정된 액적 크기(343A)는 약 10 내지 약 200 미크론이다. 일부 구현들에서, "고정된" 액적의 경우의 접촉 각도(이는 또한, 본원에서 동적 접촉 각도(예를 들어, 비-평형 접촉 각도)로 지칭됨)는 바람직하게, 적어도 50 °, 예컨대, 55 ° 초과, 또는 심지어 60 ° 초과, 또는 심지어 70 ° 초과의 값으로 제어될 수 있다.
적층 제조 프로세스에 의해 층 또는 층의 부분을 형성하는 데에 사용되는 픽셀 차트 내의 픽셀들의 해상도는, 분배된 액적의 평균 "고정된" 크기에 의해 정의될 수 있다. 따라서, 층, 또는 층의 부분의 물질 조성물은 층, 또는 층의 부분 내의 픽셀들의 총 개수 중에서 특정 액적 조성물의 액적들을 포함하는 백분율인 "분배된 액적 조성물"에 의해 정의될 수 있다. 일 예에서, 형성되는 진보된 연마 패드의 층의 영역이 60%의 제1 분배된 액적 조성물의 분배된 액적 조성물을 갖는 것으로서 정의되는 경우, 영역 내의 픽셀들의 60%는 제1 물질 조성물을 포함하는 고정된 액적을 포함할 것이다. 층의 부분이 하나 초과의 물질 조성물을 함유하는 경우들에서, 진보된 연마 패드 내의 영역의 물질 조성물을 "물질 조성 비율"을 갖는 것으로서 정의하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 물질 조성 비율은, 제1 물질 조성물이 배치된 픽셀들의 개수 대 제2 물질 조성물이 배치된 픽셀들의 개수의 비율이다. 일 예에서, 영역이, 표면의 영역에 걸쳐 배치되는 1,000개의 픽셀들을 함유하는 것으로 정의되었고, 픽셀들 중 600개는 제1 액적 조성물의 고정된 액적을 함유하고, 픽셀들 중 400개는 제2 액적 조성물의 고정된 액적을 함유하는 경우, 물질 조성 비율은 제1 액적 조성물 대 제2 액적 조성물의 3:2 비율을 포함할 것이다. 각각의 픽셀이 하나 초과의 고정된 액적(예를 들어, 픽셀 당 1.2 액적들)을 함유할 수 있는 구성들에서, 물질 조성 비율은 정의된 영역 내에서 발견되는 제1 물질의 고정된 액적들의 개수 대 제2 물질의 고정된 액적들의 개수의 비율로 정의될 것이다. 일 예에서, 영역이 1,000개의 픽셀들을 함유하는 것으로서 정의되었고, 영역 내에 제1 액적 조성물의 800개의 고정된 액적 및 제2 액적 조성물의 400개의 고정된 액적들이 존재하는 경우, 진보된 연마 패드의 이러한 영역에 대한 물질 조성 비율은 2:1일 것이다.
다음 아래놓인 층을 형성하는 분배된 액적의 표면의 경화의 양은 연마 패드 형성 프로세스 파라미터인데, 이는, 이러한 "초기 선량"에서의 경화의 양이, 분배된 액적들의 후속 층이 적층 제조 프로세스 동안 노출될 표면 에너지에 영향을 미치기 때문이다. 후속하여 증착되는 층들이 각각의 증착된 층 상에서 성장될 때 이러한 후속하여 증착되는 층들을 통해 공급되는 추가적인 투과된 경화 방사선에 대한 각각의 증착된 층의 반복적인 노출로 인해, 초기 경화 선량의 양은 또한, 형성된 연마 패드에서, 각각의 증착된 층이 최종적으로 달성할 경화의 양에 영향을 미칠 것이다. 일반적으로, 형성된 층의 과다 경화를 방지하는 것이 바람직한데, 이는 이러한 과다 경화는 후속 프로세스들에서 후속하여 증착되는 분배된 액적들에 대한 경화된 층의 표면의 습윤성 및/또는 과다 경화된 물질들의 물질 특성들에 영향을 미칠 것이기 때문이다. 일 예에서, 분배된 액적들의 10-30 미크론 두께의 층의 중합을 시행하는 것은, 각각의 액적을 표면 상에 분배하고, 그 다음, 분배된 액적을 약 0.1 초 내지 약 1 초의 기간이 경과된 후에 약 10 내지 약 15 mJ/cm2의 방사선 노출 수준의 UV 방사선에 노출시키는 것에 의해 수행될 수 있다. 그러나, 일부 구현들에서, 초기 경화 선량 동안 전달되는 방사선 수준은 층별로 달라질 수 있다. 예를 들어, 상이한 층들에서의 상이한 분배된 액적 조성물들로 인해, 각각의 초기 선량에서의 UV 방사선 노출의 양은 현재 노출되는 층 및 아래놓인 층들 중 하나 이상에서 바람직한 경화 수준을 제공하도록 조정될 수 있다.
일부 구현들에서, 층이, 목표된 양만큼 부분적으로만 경화되게 하기 위해, 분배된 액적들의 증착된 층이, 경화 디바이스(320)에 의해 제공되는 에너지에 직접 노출되는 프로세스인 초기 경화 프로세스 동안, 경화 디바이스(320)로부터 전달되는 에너지의 양 및 액적 조성물을 제어하는 것이 바람직하다. 일반적으로, 형성된 층의 표면 에너지를 제어하는 것이, 분배된 액적 크기를 제어하는 것을 돕기 때문에, 초기 경화 프로세스는, 분배된 액적을 벌크 경화시키는 것에 비해, 분배된 액적을 주로 표면 경화시키는 것이 바람직하다. 일 예에서, 분배된 액적이 부분적으로 경화되는 양은 분배된 액적의 물질들의 화학적 전환의 양에 의해 정의될 수 있다. 일 예에서, 우레탄 폴리아크릴레이트 함유 층을 형성하는 데 사용되는 분배된 액적에서 발견되는 아크릴레이트들의 전환은 다음의 식에 의해 계산되는 백분율(x)에 의해 정의되고:
Figure pct00016
여기서, AC=C 및 AC=O는 FT-IR 분광법을 사용하여 발견된 910 cm-1에서의 C=C 피크 및 1700 cm-1에서의 C=O 피크들의 값들이다. 중합 동안, 아크릴레이트들 내의 C=C 결합은 C-C 결합으로 전환되는 한편, 아크릴레이트들 내의 C=O는 전환되지 않는다. 그러므로, C=C 대 C=O의 강도는 아크릴레이트 전환율을 나타낸다. AC=C/AC=O 비율은 경화된 액적 내의 C=C 대 C=O 결합들의 상대적인 비율을 지칭하고, 따라서 (AC=C/AC=O)0는 액적의 AC=C 대 AC=O의 초기 비율을 나타내는 한편, (AC=C/AC=O)x는 액적이 경화된 후의 기판의 표면 상의 AC=C 대 AC=O의 비율을 나타낸다. 일부 구현들에서, 층이 초기에 경화되는 양은 분배된 액적의 약 70 % 이상일 수 있다. 일부 구성들에서, 분배된 액적의 목표 접촉 각도가 달성될 수 있도록, 경화 에너지에 대한 분배된 액적의 초기 노출 동안, 분배된 액적의 물질을 약 70 % 내지 약 80 %의 수준으로 부분적으로 경화시키는 것이 바람직할 수 있다. 최상부 표면 상의 경화되지 않은 또는 부분적인 아크릴레이트 물질들은 후속 액적들과 공중합되고, 따라서 층들 간의 응집을 산출하는 것으로 여겨진다.
초기 층 형성 프로세스 동안, 분배된 액적을 부분적으로 경화시키는 프로세스는 또한, 잔류 미결합 기들, 예컨대, 잔류 아크릴 기들의 존재로 인해, 후속하여 증착된 층들 사이에 소정의 화학적 결합/접착이 존재하는 것을 보장할 수 있다. 잔류 미결합 기들은 중합되지 않았으므로, 이들은 후속하여 증착되는 층과 화학적 결합들을 형성하는 데에 수반될 수 있다. 따라서, 층들 간의 화학적 결합들의 형성은, 패드 형성 프로세스 동안 층별 성장의 방향(예를 들어, 도 3b의 Z 방향)으로, 형성된 진보된 연마 패드의 기계적 강도를 증가시킬 수 있다. 따라서, 위에서 언급된 바와 같이, 층들 사이의 결합은 물리적 힘 및/또는 화학적 힘 양쪽 모두에 의해 형성될 수 있다.
조정가능한 특성들을 개별적으로 갖는 층들을 형성하고, 형성된 층들의 복합물인, 바람직한 패드 특성들을 갖는 연마 패드를 형성하기 위해, 분배된 액적들의 혼합물, 또는 분배된 액적들의 위치지정이 층별로 조정될 수 있다. 일 예에서, 도 3b에 도시된 바와 같이, 분배된 액적들의 혼합물은 분배된 액적들(343 및 347)의 50:50 비율(또는 1:1의 물질 조성 비율)을 포함하고, 분배된 액적(343)은 분배된 액적(347)에서 발견되는 물질과 상이한 적어도 하나의 물질을 포함한다. 패드 몸체(202)의 부분들, 예컨대, 제1 연마 요소(들)(204) 및/또는 제2 연마 요소(들)(206)의 특성들은, 증착 프로세스 동안, 분배된 액적들의 위치지정으로부터 형성되는, 제1 조성물 및 제2 조성물의 비율 및/또는 분포에 따라 조절되거나 조정될 수 있다. 예를 들어, 제1 조성물의 중량%는 총 조성물 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 총 조성물 중량을 기준으로 약 100%일 수 있다. 유사한 방식으로, 제2 조성물은 총 조성물 중량을 기준으로 약 1 중량% 내지 총 조성물 중량을 기준으로 약 100%일 수 있다. 목표된 물질 특성들, 예컨대, 경도 및/또는 저장 탄성률에 따라, 목표된 효과를 달성하기 위해, 2개 이상의 물질들의 조성물들이, 상이한 비율들로 혼합될 수 있다. 일 구현에서, 제1 연마 요소(들)(204) 및/또는 제2 연마 요소(들)(206)의 조성물은 적어도 하나의 조성물 또는 조성물들의 혼합물, 및 하나 이상의 프린터에 의해 분배되는 액적들의 크기, 위치, 및/또는 밀도를 선택함으로써 제어된다. 그러므로, 전자 제어기(305)는 일반적으로, 형성되고 있는 연마 패드의 표면 상에 목표된 밀도 및 패턴으로 위치된 교호맞물린 액적들을 갖는 층을 형성하기 위해 노즐들(309-310, 311-312)을 위치시키도록 적응된다. 일부 구성들에서, 분배된 액적들은, 각각의 점적이, 다른 점적들과 배합되지 않는 위치에 배치되고, 따라서 각각이, 경화되기 전에 불연속 물질 "섬"으로 남는 것을 보장하는 방식으로 증착될 수 있다. 일부 구성들에서, 분배된 액적들은 또한, 구축 속도를 증가시키거나 물질 특성들을 배합하기 위해, 동일 층 내의 이전 분배된 액적들의 최상부 상에 배치될 수 있다. 표면 상에서의 서로에 대한 액적들의 배치는 또한, 층에서의 분배된 액적들 각각의 부분적인 혼합 거동을 허용하도록 조정될 수 있다. 일부 경우들에서, 이웃하는 액적들의 성분들의 더 많은 혼합 또는 더 적은 혼합을 각각 제공하기 위해, 액적들을 함께 더 가깝게 또는 더 멀리 떨어지게 배치하는 것이 바람직할 수 있다. 다른 분배된 액적들에 대한 액적 배치 및 각각의 액적의 조성을 제어하는 것이, 형성된 진보된 연마 패드의 기계적 및 연마 특성들에 대해 영향을 미칠 수 있다는 점을 발견했다.
일부 구성들에서, 적어도 2개의 상이한 수지 전구체 조성물들의 분배된 액적들은, 각각의 점적이, 다른 점적들과 배합되지 않는 표면 상의 위치에 배치되고, 따라서 각각이, 경화되기 전에 불연속 물질 "섬"으로 남는 것을 보장하는 방식으로 증착될 수 있다. 일 구성에서, 적어도 2개의 수지 전구체 조성물들 각각은, 상이한 제타 전위를 갖는 물질을 제공하도록 제제화되고, 이로써, 형성된 연마 패드의 표면의 목표된 영역에 걸친 평균 제타 전위는 목표된 영역 내의 각각의 유형의 수지 전구체 조성물의 액적들의 백분율을 조정함으로써 조정되고/거나 제어될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 적어도 2개의 상이한 수지 전구체 조성물들의 액적들의 배치는 증착된 층의 분배된 액적들 각각의 적어도 부분적인 혼합을 허용하도록 조정된다. 따라서, 적어도 2개의 수지 전구체 조성물들 각각이, 상이한 제타 전위를 갖는 물질을 제공하도록 제제화되는 경우에, 형성된 연마 패드의 표면의 목표된 영역에 걸친 평균 제타 전위가, 목표된 영역의 적어도 부분 내의 각각의 유형의 수지 전구체 조성물의 분배된 액적들의 상호혼합의 양을 조정함으로써 조정되고/거나 제어될 수 있다.
제1 연마 요소(들)(204) 및/또는 제2 연마 요소(들)(206)를 형성하기 위해 오직 2개의 조성물들만이 본원에서 일반적으로 논의되지만, 본 개시내용의 구현들은 조성적 구배들을 통해 상호연결되는 복수의 물질들을 사용하여 연마 패드 상에 피쳐들을 형성하는 것을 포괄한다. 일부 구성들에서, 연마 패드의 제1 연마 요소(들)(204) 및/또는 제2 연마 요소(들)(206)의 조성물은, 아래에서 더 논의되는 바와 같이, 연마 패드의 두께를 통하여 그리고/또는 연마 표면에 평행한 평면 내에서 조정된다.
국부적으로, 진보된 연마 패드 내에서, 그리고 그에 걸쳐 화학물질 함량을 조정하는 능력 및 조성적 구배들을 형성하는 능력은, 도 3b에 예시된 액적들("A" 및/또는 "B")을 형성하는 데 사용되는 3D 프린팅 기술들에서 저점도 "잉크들", 또는 "잉크 분사가능한" 저점도 조성물들에 의해 가능해진다. 저점도 잉크들은 "예비중합체" 조성물들이고, 패드 몸체(202)에서 발견되는 형성된 제1 연마 요소(들)(204) 및 제2 연마 요소(들)(206)에 대한 "전구체들"이다. 저점도 잉크들은 종래의 기법들(예를 들어, 성형 및 주조)에 의해서 사용 가능하지 않은 매우 다양한 화학물질들 및 불연속 조성물들의 전달을 가능하게 하고, 따라서, 제어된 조성물 전이들 또는 구배들이 패드 몸체(202)의 상이한 영역들 내에 형성되는 것을 가능하게 한다. 이는, 적절한 점도의 제제를 달성하기 위해 고점도의 관능성 올리고머들에 점도 희석 반응성 희석제들을 추가하고 혼합하며, 경화 디바이스(320)에 의해 전달되는 경화 에너지에 노출될 때 희석제(들)와 더 높은 점도의 관능성 올리고머들의 공중합이 후속됨으로써 달성된다. 반응성 희석제들은 또한, 용매의 역할을 할 수 있고, 따라서, 각각의 프로세스에서 제거되는 불활성의 비반응성 용매들 또는 희석제들의 사용을 제거한다.
도 3a의 전구체 전달 섹션(353) 및 전구체 제제 섹션(354)을 참조하면, 일 구현에서, 제1 프린팅가능한 잉크 조성물(359)을 형성하기 위해 제1 전구체(356)가 제2 전구체(357) 및 희석제(358)와 혼합되고, 이 잉크 조성물은 프린터(306B)의 저장소(304B)에 전달되고, 패드 몸체(202)의 부분들을 형성하기 위해 사용된다. 유사하게, 새로운 제2 프린팅가능한 잉크 조성물(369)을 형성하기 위해 제3 전구체(366)가 제4 전구체(367) 및 희석제(368)와 혼합될 수 있고, 이 잉크 조성물은 프린터(306A)의 저장소(304A)에 전달되고, 패드 몸체(202)의 다른 부분을 형성하기 위해 사용된다. 일부 구현들에서, 제1 전구체(356) 및 제3 전구체(366) 각각은, 올리고머, 예컨대 다관능성 올리고머를 포함하고, 제2 전구체(357) 및 제4 전구체(367) 각각은, 다관능성 단량체를 포함하며, 희석제(358) 및 희석제(368) 각각은, 반응성 희석제(예를 들어, 단량체) 및/또는 개시제(예를 들어, 광개시제)를 포함한다. 제1 프린팅가능한 잉크 조성물(359)의 일 예는, 25 ℃에서 약 1000 센티포아즈(cP) 내지 25 ℃에서 약 12,000 cP의 점도를 가질 수 있는, 지방족 쇄 세그먼트들을 포함하는, 반응성 이관능성 올리고머를 포함하는 제1 전구체(356)를 포함할 수 있고, 이는 그 후, 새로운 점도를 갖는 새로운 조성물을 생성하기 위해, 25 ℃에서 10 cP의 반응성 희석제(예를 들어, 희석제(358)), 예컨대, 모노아크릴레이트와 혼합되어 희석된다. 획득된 프린팅가능한 조성물은 25 ℃에서 약 80 cP 내지 약 110 cP의 점도, 및 70 ℃에서 약 15 cP 내지 약 30 cP의 점도를 나타낼 수 있고, 이는 3D 프린터 잉크젯 노즐로부터 효과적으로 분배될 수 있다.
도 3d는 본 개시내용의 일 구현에 따른, 수지 전구체 성분들 중 하나 이상, 예컨대, 중합을 위해 부분(A) 및 부분(B)을 혼합하고 분배하는 데 사용될 수 있는 노즐 조립체의 개략도이다. 도시된 바와 같이, 액적 토출 프린터(306A)는 적어도 하나의 수지 전구체 성분을 혼합 영역(318)에 각각 전달하는 노즐(314), 및 저장소(315) 및 저장소(316)를 포함할 수 있다. 혼합 영역(318)으로 전달된 수지 전구체 성분들은 혼합된 수지 전구체 조성물의 혼합물을 함유하는 하나 이상의 액적(319)을 형성하기 위해 난류 유도 요소들(318a)의 사용 지점에서 혼합된다. 난류 유도 요소들(318a)은 또한, 나선형의 구불구불한 경로를 포함할 수 있고 이러한 경로를 통해 수지 전구체 성분들이 혼합된다. 다른 구현에서, 혼합물은 미리 혼합되어 단일 저장소에 수용될 수 있다. 혼합 후에, 액적들(319)은 도 3a-3b 및 3d에 예시된 바와 같이, 기판, 예컨대, 연마 물품의 표면으로 전달된다. 혼합된 수지 전구체 성분들의 분배 후에, 액적들은 경화된다. 도 3d에 예시된 격납, 혼합 및 분배 방식들은 본원에 설명된 화학물질들 중 임의의 것에 적합할 수 있다는 점을 주목한다.
도 4a는 본 개시내용의 하나 이상의 구현에 따른, 공극 형성 영역들을 포함하는 연마 패드의 제1 또는 제2 연마 요소의 층(422)(도 4b)의 영역(400)을 형성하는 데에 사용되는 픽셀 차트의 개략적인 평면도를 예시한다. 이 예에서, 픽셀 차트는, 제1 프린트 헤드로부터 표면 상으로의 다공성 형성제(404)(도 4b)의 하나 이상의 액적을 분배한 다음, 적어도 제2 프린트 헤드로부터 하나 이상의 수지 전구체 조성물의 액적들을 분배함으로써 형성되는 물질을 포함하는 하나 이상의 구조 물질 함유 영역(401)을 갖는 공극 형성 영역들(402)을 적어도 부분적으로 둘러쌈으로써 형성되는 공극 형성 영역들(402)의 직사각형 패턴을 포함한다. 그 다음, 다공성 형성제(404)는 후에, 연마 패드의 하나 이상의 층에 공극들을 형성하기 위해, 후처리 작동에서 또는 연마 프로세스 동안에 제거될 수 있다. 일 예에서, 다공성 형성제 물질은, 연마 패드가 CMP 연마 프로세스에서 사용될 때, 형성된 진보된 연마 패드로부터 제거된다. 이 예에서, 다공성 형성제 물질은, 진보된 연마 패드의 제1 또는 제2 연마 요소(들)의 표면(420)에 배치된 다공성 형성제와, 연마 중인 기판과 제1 및/또는 제2 연마 요소(들) 사이에 배치되는 슬러리 내에서 발견되는 하나 이상의 성분들과의 상호작용으로 인해 제거될 수 있다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 공극 형성 영역들(402)은 층(422)이 형성되는 표면에 걸쳐 수지 전구체 제제의 액적들을 분배함으로써 형성되는 구조 물질 함유 영역(401)에 의해 둘러싸인다. 본원에서 설명되는 다양한 기법들의 사용에 의해, 구조 물질 함유 영역(401) 내에서 발견되는 경화된 구조 물질의 조성적 구배들 및/또는 공극 형성 영역들(402)의 크기 및 밀도의 구배들은, 바람직한 기계적 및 열 특성들을 갖는 완전한 연마 패드의 적어도 일부를 형성하는 데에 사용될 수 있다. 공극 형성 영역들(402) 내에 배치된 공극 형성 물질의 조성 및 다공성 연마 패드(200)(즉, X-Y 평면)에 걸친 또는 연마 요소의 두께(즉, Z 방향)를 통한 공극 형성 영역들(402)의 크기 및 분포는 임의의 적합한 패턴으로 변할 수 있다. 본원에 설명된 연마 패드들은 2가지 종류의 물질들로 형성되는 것으로 도시되어 있지만, 이러한 구성은 본원에 제공된 본 개시내용의 범위를 제한하는 것으로 의도되지 않는데, 3가지 이상의 종류의 물질들을 포함하는 연마 패드들이 본 개시내용의 범위 내에 있기 때문이다. 연마 패드, 예컨대, 도 2a-2k에 예시된 연마 패드 설계들 내에서 구조 물질의 조성물들이 발견된다는 것을 주목해야 한다. 따라서, 일부 구현들에서, 형성된 구조 물질 함유 영역(401) 내에서 발견된 물질은, 형성된 층에 걸친(예를 들어, X 및/또는 Y 방향) 또는 형성된 층을 통한(예를 들어, Z 방향) 하나 이상의 방향으로 변하는 2개 이상의 상이한 물질들의 혼합물을 포함할 수 있다.
도 4b는 본 개시내용의 하나 이상의 양상에 따른, 도 4a에 예시된 영역(400)의 부분의 측단면도이다. 도 4b에 도시된 부분은, 본원에서 설명되는 바와 같은 적층 제조 프로세스의 사용에 의해 선택적 베이스 층(421) 상에 형성되는 복수의 층들(422)을 포함한다. 논의의 명확성 목적들을 위해, 층들은 도 4b에서 2개의 파선들 사이에 배치되어 있는 것으로 도시되지만, 본원에서 설명되는 프로세스들로 인해, 인접한 층들의 적어도 구조 물질 함유 영역(401) 부분들은, 형성된 다공성의 진보된 연마 패드(200)의 층들 사이에 뚜렷한 물리적 분할이 없도록 형성될 수 있다. 층들(422)은 각각, 구조 물질 함유 영역(401)의 영역들 사이에 개재된 공극 형성 영역들(402)을 포함한다. 다공성의 진보된 연마 패드(200)의 표면(420)(예를 들어, 연마 표면(112))의 공극 형성 영역들(402) 내에 배치된 다공성 형성제와, 연마 영역(430) 내에 배치된 슬러리(도시되지 않음)의 상호작용으로 인해, 다공성 형성제(404)는 공극 형성 영역(402) 내의 채워지지 않은 보이드를 남기고 쉽게 제거될 수 있고, 따라서 공극(403)을 형성한다.
일 구현에서, 각각의 층(422)을 형성하는 데에 사용되는 픽셀 차트들은, 형성된 층의 표면에 걸쳐 목표된 패턴으로 형성되는, 다공성 형성제(404)를 함유하는 공극 형성 영역들(402)의 어레이를 포함하는 패턴을 포함한다. 위에서 언급된 바와 같이, 일부 구현들에서, 다공성 형성제(404)를 함유하는 공극 형성 영역들(402)의 패턴은, X 및 Y 방향들 양쪽 모두에서 바람직한 피치를 갖는 직사각형 어레이로 형성될 수 있다. 그러나, 다공성 형성제(404)를 함유하는 공극 형성 영역들(402)의 패턴은, 공극 형성 영역들(402)의 육각형 어레이, 공극 형성 영역들(402)의 방향성 가변 패턴, 공극 형성 영역들(402)의 무작위 패턴, 또는 공극 형성 영역들(402)의 다른 유용한 패턴을 포함하는 임의의 바람직한 패턴으로 형성될 수 있다. 일부 구현들에서, 인접한 층들(422)을 형성하는 데에 사용되는 픽셀 차트들은, 서로에 대해 하나 이상의 방향(예를 들어, X, Y 또는 X 및 Y 방향들)으로 목표된 거리(425)만큼 옮겨지거나, 또는 상이한 상대적인 X-Y 패턴들로 형성되며, 이로써, 공극 형성 영역들(402)은, 연마 패드가 형성될 때, 인접하게 위치된 층들에서 서로의 최상부 상에 배치되지 않는다. 일 구현에서, 인접한 층들의 공극 형성 영역들(402)의 유사하게 구성된 패턴들은, 공극 형성 영역들(402)이, 인접하게 위치된 층들에서 서로의 최상부 상에 배치되지 않도록, 서로에 대해 하나 이상의 방향으로 목표된 거리만큼 엇갈리게 배치될 수 있다.
도 4c는 본 개시내용의 다른 양상에 따른, 도 4a에 예시된 영역(400)의 부분의 측단면도를 예시한다. 일부 구현들에서, 증착된 층들 중 둘 이상은, 층들이 서로의 최상부 상에 직접 형성되도록, 서로에 대해 정렬될 수 있다. 일 예에서, 도 4c에 도시된 바와 같이, 2개의 층들(422A 및 422B)은 층(422A)이 층(422B)의 최상부 상에 직접 형성되어 공극 형성 영역들(402)이 서로의 최상부 상에 배치되도록 형성된다. 이어서, 다음 또는 후속 층들은 층들(422A-B)에 대해 목표된 거리(425)만큼 이동될 수 있어서, 후속 층들의 공극 형성 영역들(402)은 층들(422A-B)의 최상부 상에 배치되지 않는다. 층들의 더 큰 스택 내의 2개 이상의 층들이 서로의 최상부 상에 직접 형성되는 구현들은, X 및 Y 방향들의 고정된 액적 크기 해상도가, Z 방향의 층의 두께보다 더 클 수 있는 경우들에 유용할 수 있다. 일 예에서, X 및 Y 방향들의 고정된 액적 크기는 Z 방향의 두께보다 두 배 크고, 따라서, 2개의 층들이 서로의 최상부 상에 배치될 때, 프린팅된 물질의 규칙적인 패턴이 X, Y 및 Z 방향들로 형성되는 것을 허용한다.
도 4a를 다시 참조하면, 층 내에 공극 형성 영역들(402) 및 주변의 구조 물질 함유 영역(401)을 형성하는 데에 사용된 픽셀 차트들은, 하나 이상의 방향(X, Y, 또는 Z)으로 일관되거나 변화하는 다공성을 갖는 연마 피쳐들의 부분들을 생성하는 데에 사용될 수 있다. 일 예에서, 진보된 연마 패드의 에지 영역 근처의 연마 피쳐들은, 다공성 형성제(404)를 함유하는 공극 형성 영역들(402) 보다는 구조 물질 함유 영역(401) 내에 구조 물질을 형성하는 데에 사용되는 수지 전구체 제제를 포함할 수 있다. 연마 패드의 중심 영역 근처의 연마 피쳐들은 또한, 에지 영역 근처의 연마 피쳐들보다 층마다 더 높은 백분율(예를 들어, 더 높은 밀도)의 공극 형성 영역들(402)을 포함할 수 있다. 이 예에서, 동일한 유형의 각각의 연마 피쳐(예를 들어, 제1 연마 요소(들)(204)) 또는 상이한 유형들의 각각의 연마 피쳐(예를 들어, 제1 및 제2 연마 요소(들)(204, 206))는, 층마다 그리고/또는 연마 요소마다 수지 전구체 제제, 다공성 형성제 및 공극 형성 영역들(402)의 밀도의 고유 조합을 갖는다. 일 예에서, 제1 연마 요소(들)(204)는 수지 전구체 제제와 다공성 형성제의 제1 조합을 포함하고, 제2 연마 요소(들)(206)는 수지 전구체 제제와 다공성 형성제의 상이한 제2 조합을 포함한다. 그러므로, 픽셀 차트들의 사용에 의해, 연마 몸체는, 진보된 연마 패드의 목표된 연마 성능을 달성하기 위해, 목표된 다공성 구배가 연마 몸체의 상이한 부분들에서 달성되도록 순차적으로 형성될 수 있다.
본원에서 설명되는 구현들에 따른 다공성의 진보된 연마 패드의 층을 형성하는 방법은 다음의 작동들을 포함할 수 있다. 첫 번째로, 본원에 설명된 바와 같은, 양이온성 단량체를 포함하는 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적은, 형성된 층의 구조 물질 부분을 형성하기 위해, 목표된 X 및 Y 패턴으로 분배된다. 일 구현에서, 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적은, 하나 이상의 액적이 제1 층을 구성하는 경우, 지지부 상에 분배된다. 일부 구현들에서, 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적은 이전에 증착된 층(예를 들어, 제2 층 등) 상에 분배된다. 두 번째로, 형성된 층 내에 공극 형성 영역들을 형성하기 위해, 다공성 형성제를 함유하는 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적이, 목표된 X 및 Y 패턴으로 분배된다. 일 구현에서, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적은, 하나 이상의 액적이 제1 층을 구성하는 경우, 지지부 상에 분배된다. 일부 구현들에서, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적은 이전에 증착된 층 상에 분배된다. 제1 및 제2 작동들의 분배 프로세스들은 전형적으로, 시간면에서 개별적으로 그리고 상이한 X-Y 좌표들에서 수행된다. 다음으로, 또는 세 번째로, 경화성 수지 전구체 조성물의 분배된 하나 이상의 액적 및 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적은 적어도 부분적으로 경화된다. 다음으로, 선택적 제4 작동에서, 경화성 수지 전구체의 분배된 하나 이상의 액적 및 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적은, 다공성 형성제를 제거하기 위해, 어닐링 프로세스, 헹굼 프로세스, 또는 둘 모두 중 적어도 하나에 노출된다. 헹굼 프로세스는 물, 알콜(예를 들어, 이소프로판올)과 같은 다른 용매 또는 둘 모두를 사용한 헹굼을 포함할 수 있다. 어닐링 프로세스는 다공성 형성제를 기화시키기 위해, 증착된 패드 구조를 낮은 압력 하에서 낮은 온도(예를 들어, 섭씨 약 100 도)로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 다음으로, 제5 작동에서, 최종 다공성 패드 구조를 형성하기 위해, 형성된 층 또는 최종 패드에 대해 선택적인 제2 경화 프로세스가 수행된다. 일부 경우들에서, 제1, 제2, 제3 및 제5 처리 작동들은 또한, 제4 작동이 완료되기 전에 다수의 적층된 층들을 형성하기 위해 임의의 목표된 순서로 순차적으로 반복될 수 있다.
도 5는 본원에 설명된 구현들에 따른 다공성 패드를 형성하는 방법(500)을 도시하는 흐름도이다. 작동(510)에서, 양이온성 단량체를 포함하는 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적이 분배된다. 일 구현에서, 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적은, 하나 이상의 액적이 제1 층을 구성하는 경우, 지지부 상에 분배된다. 일부 구현들에서, 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적은 이전에 증착된 층 상에 분배된다. 작동(620)에서, 다공성 형성제를 함유하는 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적이 분배된다. 일 구현에서, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적은, 하나 이상의 액적이 제1 층을 구성하는 경우, 지지부 상에 분배된다. 일부 구현들에서, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적은 이전에 증착된 층 상에 분배된다. 작동(510) 및 작동(520)의 분배 프로세스들은 전형적으로, 개별적으로 수행된다. 선택적으로, 작동(530)에서, 경화성 수지 전구체의 분배된 하나 이상의 액적 및 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적은 부분적으로 경화된다. 작동들(510, 520, 및 530)은 3D 부조를 형성하기 위해 반복될 수 있다. 선택적으로, 작동(540)에서, 경화성 수지 전구체의 분배된 하나 이상의 액적 및 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적은, 다공성 형성제를 제거하기 위해, 어닐링 프로세스, 헹굼 프로세스 중 적어도 하나, 또는 둘 모두에 노출된다. 헹굼 프로세스는 물, 다른 용매, 예컨대, 알콜(예를 들어, 이소프로판올), 또는 둘 모두를 사용한 헹굼을 포함할 수 있다. 어닐링 프로세스는 다공성 형성제를 기화시키기 위해, 증착된 패드 구조를 낮은 압력 하에서 낮은 온도(예를 들어, 섭씨 약 100 도)로 가열하는 것을 포함할 수 있다. 작동(550)에서, 최종 다공성 패드 구조를 형성하기 위해, 선택적 경화 프로세스가 수행된다.
이하의 설명에서 특별히 달리 언급되지 않는 한, "부"라는 단위는 "중량부"를 나타내고, "백분율(%)"이라는 단위는 "질량 기준의 백분율(%)"을 나타낸다.
일부 구현들에서, 연마 패드를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계를 포함한다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 포함한다. 경화성 수지 전구체 조성물은 다음을 포함한다:
Figure pct00017
여기서 X-는 OH-, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, 또는 CF3SO3 -의 군으로부터 선택될 수 있다.
일부 구현들에서, 방법은, 다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 더 포함하고, 다공성 형성 조성물의 적어도 하나의 성분은 다공성 연마 패드에 공극들을 형성하기 위해 제거가능하다.
일부 구현들에서, 다공성 형성 조성물은 글리콜들, 글리콜-에테르들, 아민들, 및 이들의 조합들로부터 선택된 다공성 형성제를 포함한다.
일부 구현들에서, 다공성 형성 조성물은, 에틸렌 글리콜, 부탄디올, 이량체 디올, 프로필렌 글리콜-(1,2), 프로필렌 글리콜-(1,3), 옥탄-1,8-디올, 네오펜틸 글리콜, 시클로헥산 디메탄올(1,4-비스-히드록시메틸시클로헥산), 2-메틸-1,3-프로판 디올, 글리세린, 트리메틸올프로판, 헥산디올-(1,6), 헥산트리올-(1,2,6) 부탄 트리올-(1,2,4), 트리메틸올에탄, 펜타에리트리톨, 퀴니톨, 만니톨 및 소르비톨, 메틸글리코시드, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜들, 디부틸렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜들, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(EGMBE), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에탄올아민, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA) 및 이들의 조합들로부터 선택된 다공성 형성제를 포함한다.
일부 구현들에서, 경화성 수지 전구체 조성물은, 다관능성 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 제1 수지 전구체 성분, 및 다관능성 아크릴레이트 단량체를 포함하는 제2 수지 전구체 성분을 더 포함한다.
일부 구현들에서, 방법은, 경화성 수지 전구체 조성물의 분배된 하나 이상의 액적 및 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적을 어닐링 처리, 헹굼 프로세스 중 적어도 하나 또는 양쪽 모두에 노출시키기 전에, 경화성 수지 전구체 조성물의 분배된 하나 이상의 액적 및 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적을 부분적으로 경화시키는 단계를 더 포함한다.
일부 구현들에서, 본원에 설명된 방법들 중 임의의 것에 따라 형성된 연마 물품이 제공된다.
일부 구현들에서, 연마 물품의 하나 이상의 노출된 표면은 양의 제타 전위를 갖는다.
일부 구현들에서, 연마 물품의 양의 제타 전위는 약 0 mV 내지 약 100 mV 범위이다.
일부 구현들에서, 연마 패드를 형성하는 방법이 제공된다. 방법은, 목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계를 포함한다. 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 제1 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 포함한다. 제1 경화성 수지 전구체 조성물은, 다관능성 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 제1 수지 전구체 성분, 다관능성 아크릴레이트 단량체를 포함하는 제2 수지 전구체 성분, 및 다음의 구조를 갖는 제1 양이온성 단량체를 포함한다:
Figure pct00018
복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는, 제2 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 더 포함한다. 제2 경화성 수지 전구체 조성물은, 다관능성 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 제3 수지 전구체 성분, 다관능성 아크릴레이트 단량체를 포함하는 제4 수지 전구체 성분, 및 다음의 구조를 갖는 제2 양이온성 단량체를 포함한다:
Figure pct00019
방법은, 경화성 제1 및 제2 수지 전구체 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키기 위해 제1 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적 및 제2 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 방사선에 노출시키는 단계를 더 포함한다. 제1 경화성 수지의 경화된 하나 이상의 액적은 제1 제타 전위를 갖고, 제2 수지 전구체 조성물의 경화된 하나 이상의 액적은 제1 제타 전위와 상이한 제2 제타 전위를 갖는다. 방법은, 지지부 상에 3D 부조를 구축하기 위해 분배 및 노출을 반복하는 단계를 더 포함한다.
일부 구현들에서, 제1 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적 및 제2 전구체 조성물의 하나 이상의 액적 중 하나를 방사선에 노출시키기 전에, 제1 경화성 수지의 하나 이상의 액적 및 제2 경화성 수지의 하나 이상의 액적 중 적어도 일부를 혼합한다.
아래의 설명에서 단량체의 Tg는 단량체의 단독중합체의 유리 전이 온도를 지칭한다.
본 개시내용 또는 그의 예시적인 양상들 또는 구현(들)의 요소들을 도입할 때, 단수 형태 및 "상기"는 요소들 중 하나 이상이 존재한다는 것을 의미하도록 의도된다.
"포함" 및 "갖는"이라는 용어들은 포괄적인 것으로 의도되고, 나열된 요소들 이외의 추가적인 요소들이 존재할 수 있다는 것을 의미한다.
전술한 내용은 본 개시내용의 구현들에 관한 것이지만, 본 개시내용의 다른 및 추가적인 구현들은 그의 기본 범위로부터 벗어나지 않고 안출될 수 있으며, 그의 범위는 이하의 청구항들에 의해 결정된다.

Claims (15)

  1. 연마 패드를 형성하는 방법으로서,
    목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계를 포함하고, 상기 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는:
    경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계를 포함하고, 상기 경화성 수지 전구체 조성물은 다음:
    Figure pct00020

    을 포함하며, 여기서, R은 H 또는 CH3이고, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 서로 독립적으로, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬기일 수 있는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    다공성 형성 조성물의 하나 이상의 액적을 상기 지지부 상에 분배하는 단계를 더 포함하고, 상기 다공성 형성 조성물의 적어도 하나의 성분은 상기 연마 패드에 상기 공극들을 형성하기 위해 제거가능한, 연마 패드를 형성하는 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    X-는 OH-, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, 또는 CF3SO3 -로부터 선택되는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    R은 H 또는 CH3이고, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C2 알킬기로부터 선택되는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    R은 H 또는 CH3이고, R1 및 R2는 CH3이고, R3은 CH2CH3인, 연마 패드를 형성하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    R은 H 또는 CH3이고, R1, R2 및 R3은 CH3인, 연마 패드를 형성하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    X-는 CH3SO3 -인, 연마 패드를 형성하는 방법.
  8. 제2항에 있어서,
    상기 다공성 형성 조성물은 글리콜들, 글리콜-에테르들, 아민들, 및 이들의 조합들로부터 선택된 다공성 형성제를 포함하는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  9. 제2항에 있어서,
    상기 다공성 형성 조성물은, 에틸렌 글리콜, 부탄디올, 이량체 디올, 프로필렌 글리콜-(1,2), 프로필렌 글리콜-(1,3), 옥탄-1,8-디올, 네오펜틸 글리콜, 시클로헥산 디메탄올(1,4-비스-히드록시메틸시클로헥산), 2-메틸-1,3-프로판 디올, 글리세린, 트리메틸올프로판, 헥산디올-(1,6), 헥산트리올-(1,2,6) 부탄 트리올-(1,2,4), 트리메틸올에탄, 펜타에리트리톨, 퀴니톨, 만니톨, 소르비톨, 메틸글리코시드, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 테트라에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 디부틸렌 글리콜, 폴리부틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜, 에틸렌 글리콜 모노부틸 에테르(EGMBE), 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르, 에탄올아민, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA) 및 이들의 조합들로부터 선택된 다공성 형성제를 포함하는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 경화성 수지 전구체 조성물의 분배된 하나 이상의 액적 및 상기 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적을 어닐링 처리, 헹굼 프로세스 중 적어도 하나 또는 양쪽 모두에 노출시키기 전에, 상기 경화성 수지 전구체 조성물의 분배된 하나 이상의 액적 및 상기 다공성 형성 조성물의 분배된 하나 이상의 액적을 부분적으로 경화시키는 단계를 더 포함하는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  11. 연마 패드를 형성하는 방법으로서,
    목표 두께에 도달하기 위해 3D 프린터로 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계 ― 상기 복수의 복합 층들을 증착시키는 단계는:
    경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 지지부 상에 분배하는 단계 ― 상기 경화성 수지 전구체 조성물은:
    다관능성 아크릴레이트 올리고머를 포함하는 제1 수지 전구체 성분;
    다관능성 아크릴레이트 단량체를 포함하는 제2 수지 전구체 성분; 및
    다음의 구조를 갖는 양이온성 단량체를 포함함 ―;
    Figure pct00021

    여기서, R은 H 또는 CH3이며, R1, R2, 및 R3은 동일하거나 상이할 수 있고, 각각 서로 독립적으로, 선형 또는 분지형 C1 내지 C8 알킬기일 수 있음;
    상기 경화성 수지 전구체 조성물을 적어도 부분적으로 경화시키기 위해 상기 경화성 수지 전구체 조성물의 하나 이상의 액적을 전자기 방사선에 노출시키는 단계; 및
    상기 지지부 상에 3D 부조를 구축하기 위해 상기 분배 및 노출 단계를 반복하는 단계를 포함함 ―; 및
    패드 몸체를 형성하기 위해 상기 복수의 복합 층들을 고화시키는 단계를 포함하는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    X-는 OH-, CH3COO-, CF3COO-, CH3SO3 -, 또는 CF3SO3 -로부터 선택되는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  13. 제11항에 있어서,
    R은 H 또는 CH3이고, R1, R2 및 R3은 각각 독립적으로 C1 내지 C2 알킬기로부터 선택되는, 연마 패드를 형성하는 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    R은 H 또는 CH3이고, R1 및 R2는 CH3이고, R3은 CH2CH3인, 연마 패드를 형성하는 방법.
  15. 제11항에 따라 형성된 연마 물품.
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