(57)【要約】  低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドを製造する方法が提供される。一例では、基板を研磨するための研磨パッド（２２２）は、約０．４〜０．５５ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する研磨体を含む。研磨体は、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中に分散された複数の独立気泡孔（２１８）とを含む。複数の独立気泡孔（２１８）の各々は、アクリル共重合体からなるシェルを有する。【選択図】図２Ｇ
2018509303.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板を研磨するための研磨パッドであって、
約０．４〜０．５５ｇ／ｃｃの範囲の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中に分散された複数の独立気泡孔であって、前記複数の独立気泡孔の各々は、アクリル共重合体を含むシェルを有する、複数の独立気泡孔と、
を含む研磨体を含む、研磨パッド。
【請求項２】
前記研磨体が、約０．４４〜０．５２ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項３】
前記研磨体が、一様な研磨体である、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項４】
前記複数の独立気泡孔が、前記熱硬化性ポリウレタン材料の全容積の約５０〜６０％の範囲内の前記熱硬化性ポリウレタン材料中の全細孔容積を提供する、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項５】
前記研磨体が、
第１の溝付き面と、
前記第１の面の反対側の、第２の平坦な面と、
をさらに含む、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項６】
前記複数の独立気泡孔の各々が、本質的に球形である、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項７】
前記研磨体が、成形研磨体である、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項８】
前記研磨体が、
前記研磨体全体にほぼ均等に分散された不透明な充填剤、
をさらに含む、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項９】
請求項１に記載の研磨パッドであって、
前記研磨体の裏面に設けられた支持層、
をさらに有する、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１０】
請求項１に記載の研磨パッドであって、
前記研磨体の裏面に配置された検出領域、
をさらに有する、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１１】
請求項１に記載の研磨パッドであって、
前記研磨体の裏面に設けられたサブパッド、
をさらに有する、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１２】
請求項１に記載の研磨パッドであって、
前記研磨体内に配置され、前記研磨体と共有結合した局所領域透過性（ＬＡＴ）領域、
をさらに有する、請求項１に記載の研磨パッド。
【請求項１３】
研磨パッドを製造する方法であって、前記方法が、
成形型内に支持層を設ける工程と、
前記成形型内および前記支持層上の複数の微小要素と、プレポリマーおよび鎖伸長剤または架橋剤、との混合物を準備する工程であって、前記複数の微小要素の各々が、初期サイズを有する工程と、
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中に分散された複数の独立気泡気孔とを含む部分的に硬化した成形研磨体を提供するための、前記成形型内の前記混合物の加熱の工程であって、前記複数の微小要素のそれぞれを、加熱中により大きなサイズへ膨張させることにより前記複数の独立気泡孔が形成され、前記部分的に硬化した成形研磨体は、前記支持層に結合されている、加熱の工程と、
前記部分的に硬化した成形研磨体と支持層の複層体を前記成形型から除去する工程と、
前記部分的に硬化した成形研磨体と支持層の複層体を前記成形型から除去する工程に続いて、前記支持層に結合されている成形研磨体を提供するために、前記成形型の外側で前記部分的に硬化した成形研磨体をさらに硬化させる工程と、
前記部分的に硬化した成形研磨体と支持層の複層体を前記成形型から除去する工程に続いて、前記支持層を除去する工程と、
を含む方法。
【請求項１４】
前記支持層が、前記部分的に硬化した成形研磨体を前記成形型の外側でさらに硬化させる前に除去される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記支持層が、前記部分的に硬化した成形研磨体を前記成形型の外側でさらに硬化させる間に除去される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
前記支持層が、前記部分的に硬化した成形研磨体を前記成形型の外側でさらに硬化させた後に除去される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１７】
前記部分的に硬化した成形研磨体と支持層の複層体を前記成形型から除去する工程が、硬化の程度が前記部分的に硬化した一様な成形研磨表面層の形状を維持し、離型の応力に耐えるに十分であるときに実施される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１８】
前記支持層を除去する工程が、前記支持層を前記成形研磨体から粉砕除去することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項１９】
前記支持層を除去する工程が、前記支持層を前記成形研磨体から切断すること、前記支持層を前記成形研磨体からスカイビングすること、前記支持層を溶解すること、前記支持層をエッチングすること、及び支持層を研磨すること、より構成される群から選択される一つの技術を用いることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２０】
前記複数の微小要素の各々をより大きなサイズに膨張させることが、前記複数の微小要素の各々の体積を約３〜１０００倍の範囲で増加させることを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２１】
前記複数の微小要素の各々をより大きなサイズに膨張させることが、前記複数の微小要素の各々の最終直径が約１０〜２００ミクロンの範囲内のものを提供することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２２】
前記複数の微小要素の各々をより大きなサイズに膨張させることが、より大きなサイズの前記複数の微小要素の各々について本質的に球形を形成することを含む、請求項１３に記載の方法。
【請求項２３】
前記混合物を加熱することは、約１２０〜１３０℃の範囲の温度で行われる、請求項１３に記載の方法。
【請求項２４】
前記部分的に硬化した成形研磨体を前記成形型の外側でさらに硬化させることが、オーブン内で加熱することを含む、請求項１３に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、化学機械研磨（ＣＭＰ）、特に、低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドを製造する方法の分野にある。
【背景技術】
【０００２】
一般にＣＭＰと略される化学機械的平坦化または化学機械的研磨は、半導体ウエハまたは他の基板を平坦化するための半導体製造において使用される技術である。
【０００３】
このプロセスは、典型的にはウエハよりも大きな直径の研磨パッドおよび保持リングと共に、研磨剤および腐食性の化学スラリー（一般にコロイド）を使用することを含む。研磨パッドおよびウエハは、動的研磨ヘッドによって一緒にプレスされ、プラスチック製の保持リングによって定位置に保持される。動的研磨ヘッドは、研磨中に回転する。この手法は、材料の除去を助け、不均一なトポグラフィを均一にして、ウエハを平坦または平面にするのに役立つ。これは、追加の回路要素の形成のためにウエハを配置するために必要でありうる。例えば、これは、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するため、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でありうる。典型的な被写界深度要件は低下し、最新の５０ナノメートル以下の技術ノードについては、オングストロームレベルである。
【０００４】
材料除去のプロセスは、単に木材上のサンドペーパーのような研磨掻き取りのプロセスではない。スラリー中の化学物質も、除去すべき物質と反応し、かつ／またはそれを弱める。研磨剤はこの弱化のプロセスを加速し、研磨パッドは反応した材料を表面から一掃するのを助ける。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なＣＭＰ操作において重要な役割を果たす。
【０００５】
しかしながら、ＣＭＰパッド技術の進化においては、さらなる改善が必要である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の実施形態は、低密度研磨パッドと、低密度研磨パッドを製造する方法とを含む。
【０００７】
一実施形態では、基板を研磨するための研磨パッドは、約０．４〜０．５５ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する研磨体を含む。研磨体は、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中に分散された複数の独立気泡孔とを含む。複数の独立気泡孔の各々は、アクリル共重合体からなるシェルを有する。
【０００８】
別の実施形態では、研磨パッドを製造する方法は、成形型内に支持層を設けることを含む。この方法はまた、成形型内および支持層上の複数の微小要素と、プレポリマーおよび鎖伸長剤または架橋剤、との混合物を準備する工程であって、複数の微小要素の各々が、初期サイズを有する工程を含む。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中に分散された複数の独立気泡孔とを含む、部分的に硬化した成形研磨体を提供するため、混合物は加熱され、複数の微小気泡のそれぞれを、加熱中により大きなサイズへ膨張させることにより複数の独立気泡孔が形成され、部分的に硬化した成形研磨体は、支持層に結合されている。この方法はまた、部分的に硬化した成形研磨体および支持層対を成形型から除去する工程を含む。この方法はまた、部分的に硬化した成形研磨体と支持層の複層体を成形型から除去する工程に続いて、支持層に結合されている成形研磨体を提供するために、成形型の外側で部分的に硬化した成形研磨体をさらに硬化させる工程を含む。この方法はまた、部分的に硬化した成形研磨体と支持層の複層体を成形型から除去する工程に続いて、支持層を除去する工程を含む。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１Ａ】従来技術によるＰＯＬＩＴＥＸ研磨パッドの上面図である。
【図１Ｂ】従来技術によるＰＯＬＩＴＥＸ研磨パッドの断面図である。
【図２Ａ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【図２Ｂ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【図２Ｃ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【図２Ｄ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【図２Ｅ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【図２Ｆ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【図２Ｇ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【図３】本発明の一実施形態による、ポロゲン充填剤に基づく独立気泡孔を含む低密度研磨パッドの１００倍および３００倍の倍率での断面図を示す。
【図４】本発明の一実施形態による、独立気泡孔を含む低密度研磨パッドの１００倍および３００倍の倍率での断面図であり、その一部はポロゲン充填材に基づいており、その一部は気泡に基づいている。
【図５Ａ】本発明の一実施形態による、低密度研磨パッドにおける細孔直径の広範な単峰性分布についての、細孔直径の関数としての母集団のプロットを示す。
【図５Ｂ】本発明の一実施形態による、低密度研磨パッドにおける細孔直径の狭い単峰性分布に対する細孔直径の関数としての母集団のプロットを示す。
【図６Ａ】本発明の一実施形態による、独立気泡孔の約１：１の二峰性分布を有する低密度研磨パッドの断面図を示す。
【図６Ｂ】本発明の一実施形態による、図６Ａの研磨パッドにおける細孔直径の狭い分布に対する細孔直径の関数としての母集団のプロットを示す。
【図６Ｃ】本発明の一実施形態による、図６Ａの研磨パッドにおける細孔直径の広範な分布に対する細孔直径の関数としての母集団のプロットを示す。
【図７Ａ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図７Ｂ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図７Ｃ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図７Ｄ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図７Ｅ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図７Ｆ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図７Ｇ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図７Ｈ】本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【図８】本発明の一実施形態による、低密度研磨パッドに適合する研磨装置の等角投影図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本明細書では、低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドを製造する方法が記載されている。以下の説明では、本発明の実施形態の完全な理解を提供するために、特定の研磨パッドの設計および組成物などの多くの具体的な詳細が示される。当業者には、本発明の実施形態がこれらの特定の詳細なしに実施されうることは明らかであろう。他の例では、半導体基板の化学的機械的平坦化（ＣＭＰ）を行うためのスラリーと研磨パッドとの組み合わせに関する詳細などの周知の処理技術は、本発明の実施形態を不必要に不明瞭にしないために詳細には説明しない。さらに、図面に示された様々な実施形態は例示的なものであり、必ずしも縮尺通りに描かれていないことを理解されたい。
【００１１】
本明細書に記載される１つ以上の実施形態は、約０．６グラム／立方センチメートル（ｇ／ｃｃ）未満の低密度、より詳細には約０．５ｇ／ｃｃ未満の低密度を有する研磨パッドの製造を対象とする。得られるパッドは、低密度を提供する独立気泡の多孔性を有するポリウレタン材料を基にすることができる。低密度パッドは、例えば、バフ研磨パッドとして、またはライナ／バリア除去のような特別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することができる。本明細書に記載された研磨パッドは、いくつかの実施形態では、０．３ｇ／ｃｃから０．５ｇ／ｃｃの範囲、例えば約０．３５７ｇ／ｃｃの範囲の密度を有するように製造することができる。特定の実施形態では、低密度パッドは、約０．２ｇ／ｃｃという低い密度を有する。
【００１２】
背景を提供すると、典型的なＣＭＰパッドは約０．７〜０．８ｇ／ｃｃの密度を有し、一般に少なくとも０．５ｇ／ｃｃより高い。従来、典型的なＣＭＰバフパッドは、表面に開いた大きなセルを使用する「ポロメリック」設計を有する。複合ポリウレタンスキンは、ＰＯＬＩＴＥＸ研磨パッドの場合のように、支持体上に具備される。従来、バフパッドは、非常に柔らかく、開気孔の多孔性を有する低密度パッド（例えば、繊維パッドおよび「ポロメリック」パッド）である。このようなパッドは、典型的には、従来の独立気泡ポリウレタン（ただし高密度）ＣＭＰパッドと比較して、短い寿命および一貫性のない性能という２つのＣＭＰの根本的な問題が関連する。図１Ａおよび図１Ｂは、それぞれ、従来技術によるＰＯＬＩＴＥＸ研磨パッドの上面図および断面図である。図１Ａを参照すると、ＰＯＬＩＴＥＸ研磨パッドの一部１００Ａが、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像において３００倍に拡大して示されている。図１Ｂを参照すると、ＰＯＬＩＴＥＸ研磨パッドの一部１００Ｂが走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）画像において１００倍に拡大されて示されている。図１Ａおよび図１Ｂの両方を参照すると、従来技術のパッドの開放気孔構造が容易に視認できる。
【００１３】
より一般的には、基本的な課題の１つは、高い気孔率および低い密度を有する独立気泡ポリウレタンパッドを製造することである。成形またはキャスティング法による低密度ポリウレタンパッドの製造における我々の独自の調査では、添加されたポロゲンに基づいて最終的にパッド材料中に独立気孔を提供するために、増加した量のポロゲンをパッド配合物混合物に単に添加することにおいて困難を示した。特に、典型的なパッド配合物よりも多くのポロゲンを添加することは、配合物の粘度を、キャスティングまたは成形プロセスにおいて管理し難いレベルまで増加させうる。この場合、予備発泡ポロゲン、または成形もしくはキャスティングプロセスを通して本質的に同じ容積を保持するポロゲンを含めるために特に困難でありうる。本発明の一実施形態によれば、未発泡ポロゲン、または成形もしくはキャスティングプロセスを通して体積を増加させるポロゲンが、生成のためのパッド配合物に含まれる。しかし、かかる一実施形態では、全ての最終閉気孔が未発泡ポロゲンから生成される場合、配合物の粘度は、キャスティングまたは成形における管理性にとって低すぎる可能性がある。そのようなものとして、一実施形態では、さらに、未発泡ポロゲン、または、成形もしくはキャスティングプロセスを通して容積を増加させるポロゲンを含む配合物を形成する場合、成形もしくはキャスティングプロセスを通して本質的に同じ体積を保持する予備発泡ポロゲンまたはポロゲンも、パッド配合物の粘度調整を可能にするために含まれる。
【００１４】
したがって、一実施形態では、室温以上で膨張する未発泡ポロゲン充填材または不足膨張ポロゲン充填材（両方ともＵＰＦと呼ばれる）を使用して、キャスティングまたは成形による製造中に研磨パッドに多孔性を生成する。かかる一実施形態では、多量のＵＰＦがポリウレタン形成混合物に含まれる。ＵＰＦは、パッドキャスティングプロセス中に膨張し、閉じた気孔を有する低密度パッドを生成する。研磨パッドを作成するための上記アプローチは、開気孔を有する低密度パッドを形成するために使用されてきた他の技術よりも利点を有することができる。例えば、ガス注入または同伴のみに基づく最終的なパッドの多孔度の製造は、特殊な装置を必要とし、最終的なパッド密度の制御および最終的な孔サイズおよび分布の制御に困難を伴いうる。別の例では、ＣＯ２気泡を生成するためのイソシアネート部分（ＮＣＯ）との水反応などの原位置ガス発生にのみ基づいた最終的なパッドの多孔性の製造は、孔径分布を制御することが困難でありうる。
【００１５】
本発明の一態様では、低密度研磨パッドを成形プロセスで製造することができる。例えば、図２Ａ〜２Ｇは、本発明の一実施形態による、研磨パッドの製造に使用される操作の断面図を示す。
【００１６】
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）を複数の微細要素と混合して混合物を形成する。一実施形態では、複数の微小要素は、充填されたまたは中空の微小球のような複数のポロゲン２０６である。別の実施形態では、複数の微小要素は、複数の気泡または液滴、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および複数の気泡または液滴の組み合わせ、または両方、２０８である。
【００１７】
図２Ｃを参照すると、図２Ｂの結果として得られる混合物２１０が成形型２００の基部に示されている。混合物２１０は、第１の複数の微小要素のそれぞれが初期サイズを有する第１の複数の微小要素２１２を含む。以下でより詳細に説明するように、第２の複数の微小要素２１４を混合物２１０に含めることもできる。
【００１８】
図２Ｄを参照すると、成形型２００の蓋２１６が、成形型２００の基部と合わせられ、混合物２１０が成形型２００の形状をとる。一実施形態では、成形型２００は、蓋２１６と成形型２００の基部とが合わせられた後または合わせられる間に脱気され、成形型２１０内に空洞または空隙が形成されないようにする。成形型の蓋を下げることを記載する本明細書に記載された実施形態は、蓋と成形型の基部とを合わせることのみがなされる必要があることが理解される。すなわち、いくつかの実施形態では、成形型の基部が成形金の蓋に向かって持ち上げられるが、他の実施形態では、成形型の蓋が、成形型の基部に向かって降ろされると同時に基部が蓋に向かって持ち上げられる。
【００１９】
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の各々は、加熱の間、最終的なより大きなサイズ２１８に拡張される。さらに、図２Ｆを参照すると、混合物２１０を硬化させるために加熱が用いられて、微小要素２１８および、存在する場合には、微小要素２１４を取り囲む、部分的にまたは完全に硬化したパッド材２２０を提供する。かかる一実施形態では、硬化により、プレポリマーおよび硬化剤の材料を基にした架橋マトリクスが形成される。
【００２０】
図２Ｅおよび図２Ｆをまとめて参照すると、最終のより大きなサイズ２１８への微小要素２１２の拡張、および混合物２１０の硬化の順序は、必ずしも図示の順序で生じる必要はないことが理解されるべきである。別の実施形態では、加熱の間、混合物２１０の硬化は、微小要素２１２を最終的なより大きなサイズ２１８に拡張する前に生じる。別の実施形態では、加熱の間、混合物２１０の硬化は、微小要素２１２を最終的なより大きなサイズ２１８に拡張するのと同時に生じる。さらに別の実施形態では、混合物２１０を硬化させること、および最終的なより大きなサイズ２１８に微小要素２１２を拡張させることのそれぞれのために、２つの別々の加熱操作が実施される。
【００２１】
図２Ｇを参照すると、一実施形態では、上述のプロセスを使用して、低密度研磨パッド２２０を提供する。低密度研磨パッド２２２は、硬化材料２２０で構成され、拡張微小要素２１８と、いくつかの実施形態では、追加の微小要素２１４を含む。一実施形態では、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、拡張微小要素２１８は、熱硬化性ポリウレタン材料に分散された複数の独立気泡孔を提供する。再び図２Ｇを参照すると、図の底部は、ａ−ａ’軸に沿って取られた上側断面図の平面図である。平面図に見られるように、一実施形態では、低密度研磨パッド２２２は、内部に溝パターンを有する研磨面２２８を有する。特定の一実施形態では、図示のように、溝パターンは、半径方向溝２２６および同心円状溝２２８を含む。
【００２２】
再び図２Ｄおよび図２Ｅを参照すると、一実施形態では、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約３〜１０００倍の範囲に増大させることで、最終サイズ２１８まで拡張される。一実施形態では、複数の微小要素２１２の各々は、最終サイズ２１４まで拡張され、複数の微小要素２１８のそれぞれの最終直径を約１０〜２００ミクロンの範囲内で提供する。一実施形態では、複数の微小要素２１２の各々は、複数の微小要素２１２のそれぞれの密度を約３〜１０００倍の範囲に減少させることによって、最終サイズ２１８まで拡張される。一実施形態では、複数の微小要素２１２の各々は、最終サイズの複数の微小要素２１８のそれぞれに対して本質的に球形の形状を形成することによって、最終サイズ２１８に拡張される。
【００２３】
一実施形態では、複数の微小要素２１２は、添加されたポロゲン、ガスバブルまたは液体バブルであり、パッド材料配合物内で拡張され、仕上げられた研磨パッド材料内の独立気泡孔を形成する。かかる一実施形態では、複数の独立気泡孔は、対応するより小さいポロゲンを膨張させることによって形成された複数のより大きいポロゲンである。例えば、「ポロゲン」という用語は、「中空」の中心を有するミクロまたはナノスケールの球状または幾分球状の粒子を示すために使用されうる。中空中心部は、固体材料で充填されていないが、気体または液体のコアを含みうる。一実施形態では、複数の独立気泡孔は、混合物全体に分布している非膨張性のガス充填または液体充填ＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）を出発原料とする。例えば成形プロセスによって、混合物から研磨パッドを形成する際および／または研磨パッドを形成する間に、非膨張性のガス充填または液体充填ＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）が膨張する。特定の実施形態において、ＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）はペンタンで満たされている。一実施形態では、複数の独立気泡細孔の各々は、例えば最終製品中の膨張状態で約１０〜１００ミクロンの範囲の直径を有する。したがって、一実施形態では、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、拡張され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の各々は、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、気泡である。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を形成するための混合では、プレポリマーおよび鎖延長剤または架橋剤、またはそこから形成される生成物にガスを注入することがさらに含まれる。特定のこのような実施形態では、プレポリマーはイソシアネートであり、混合にはプレポリマーに水を加えることがさらに含まれる。いずれにしても、一実施形態では、複数の独立気泡孔は、互いに離間した細孔を含む。これは、一般的なスポンジの孔の場合のように、トンネルを介して互いに接続されうる開気孔の細孔とは対照的である。
【００２４】
再び図２Ｃ〜図２Ｅを参照すると、一実施形態では、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と混合することは、第２の複数の微小要素２１４と混合して、混合物２１０を形成することをさらに含む。第２の複数の微小要素２１４の各々は、サイズを有する。かかる一実施形態では、図２Ｅに関連して説明した加熱は、図２Ｅに示すように、加熱の前後で第２の複数の微小要素２１４の各々のサイズが本質的に同じであるように十分低い温度で行われる。特定のそのような実施形態では、加熱は約１００℃以下の温度で行われ、第２の複数の微小要素２１４は約１３０℃よりも高い膨張閾値を有する。別の一実施形態では、第２の複数の微小要素２１４の膨張閾値は、複数の微小要素２１２の膨張閾値よりも大きい。かかる特定の一実施形態では、第２の複数の微小要素２１４の膨張閾値は、約１２０℃より大きく、複数の微小要素２１２の膨張閾値は、約１１０℃未満である。そのようなものとして、一実施形態では、加熱の間、微小要素２１２は、加熱中に膨張して、拡張された微小要素２１８を提供し、一方、微小要素２１４は本質的に変化しないままである。
【００２５】
一実施形態では、第２の複数の微小要素２１４のそれぞれは、研磨パッド全体にわたって（例えば、追加の構成要素として）分布された予備拡張されたガス充填ＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）から構成される。すなわち、微小要素２１４のために起こりうるいかなる顕著な拡張も、混合物２１０に含まれる前などの、研磨パッド形成に含まれる前に実施される。特定の実施形態では、予め膨張したＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）はペンタンで満たされる。一実施形態では、微小要素２１４は、（成形プロセス中ほとんどまたは全く変わらない２１４として再び示されている）複数の独立気泡孔を提供し、約１０〜１００ミクロンの範囲の直径を有する。一実施形態では、得られた複数の独立気泡孔は、互いに離間した孔を含む。これは、一般的なスポンジの孔の場合のように、トンネルを介して互いに接続されうる開気孔の細孔とは対照的である。
【００２６】
上記のように、典型的なパッド配合物よりも多くのポロゲンを添加することにより多孔度を増加させることは、配合物の粘度を、キャスティングまたは成形プロセスのために管理し難いレベルまで増加させることがある。この場合は、成形またはキャスティングプロセスを通して本質的に同じ容積を保持する予備発泡ポロゲンまたはポロゲンを含めるために特に困難でありうる。一方、未発泡ポロゲンから全ての最終的な独立気孔が生成される場合、配合物の粘度は、キャスティングまたは成形の管理性のためには低すぎることがある。そのような状況に対処するために、本発明の実施形態によれば、概念的には、プレポリマー２０２、鎖延長剤または架橋剤２０４、および第２の複数の微小要素２１４の混合物は粘度を有する。一方、プレポリマー２０２、鎖伸長剤または架橋剤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、本質的に同じ粘度を有する。すなわち、初期（より小さな）サイズを有する複数の微小要素２１２の包含は、混合物の粘度にほとんどまたは全く影響を及ぼさない。一実施形態では、最適な成形条件のために記載された粘度は、成形プロセス全体にわたって本質的に一定のままであるサイズを有する第２の複数の微小要素の包含に基づいて選択されうる。かかる一実施形態では、粘度は所定の粘度であり、混合物２１０中の第２の複数の微小要素２１４の相対量は、所定の粘度に基づいて選択される。そして、一実施形態では、複数の微小要素２１２は、混合物２１０の粘度にほとんどまたは全く影響を及ぼさない。
【００２７】
図２Ｅを再び参照すると、一実施形態では、２つの異なる複数の微小要素が含まれる場合、拡張された最終サイズを有する複数の微小要素２１８のそれぞれは、図示されているように、加熱プロセスを通って膨張しない複数の微小要素２１４の各々とほぼ同じ形状およびサイズである。しかしながら、拡張された最終サイズを有する複数の微小要素２１８の各々は、複数の微小要素２１４の各々と同じ形状および／またはサイズを有する必要はないことが理解されるべきである。一実施形態では、図６Ａ〜６Ｃに関連して以下により詳細に説明するように、結果として得られるパッド２２２の成形研磨体は、独立気泡孔として、サイズ分布の第１のピークを有する第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。独立気泡孔としても含まれるのは、第２の異なるサイズ分布のピークを有する第２の直径モードを有する第２の複数の微小要素２１４である。かかる一実施形態では、複数の独立気泡孔の微小要素２１８および第２の複数の独立気泡孔の微小要素２１４が、熱硬化性ポリウレタン材料中の全細孔容積を、低密度研磨パッド２２２の熱硬化性ポリウレタン材料の全容積の約５５〜８０％の範囲で提供する。
【００２８】
一実施形態における図２Ｄ〜図２Ｇを再び参照して、混合物２１０を加熱して成形研磨体２２２を提供することは、０．５ｇ／ｃｃ未満の密度を有する研磨体２２２を形成することを含む。しかしながら、かかる一実施形態では、混合物２１０は、加熱前に０．５ｇ／ｃｃより大きい密度を有する。一実施形態では、プレポリマー２０２はイソシアネートであり、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から構成される。かかる一実施形態では、混合物２１０をさらに形成することは、不透明な成形研磨体２２２を最終的に提供するために、プレポリマー２０２および鎖延長剤または架橋剤２０４に不透明充填剤を添加することを含む。かかる特定の一実施形態では、不透明充填剤として、窒化ホウ素、フッ化セリウム、グラファイト、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、またはテフロンなどが挙げられる。一実施形態では、上で簡単に述べたように、混合物２１０は、金型２００内で部分的にのみ硬化され、一実施形態では、成形型２２０から取り出した後、オーブン内でさらに硬化される。
【００２９】
一実施形態では、研磨パッド前駆体混合物２１０は、最終的に、熱硬化性独立気泡ポリウレタン材料からなる一様な成形研磨体２２２を形成するために使用される。かかる一実施形態では、研磨パッド前駆体混合物２１０は、最終的に硬質パッドを形成するために使用され、単一タイプの硬化剤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、最終的に軟質パッドを形成するために使用され、一次および二次硬化剤（供に２１０を提供する）の組み合わせが使用される。例えば、特定の実施形態では、プレポリマー２０２はポリウレタン前駆体を含み、第一の硬化剤は芳香族ジアミン化合物を含み、第二の硬化剤はエーテル結合を含む。特定の一実施形態では、ポリウレタン前駆体はイソシアネートであり、一次硬化剤は芳香族ジアミンであり、二次硬化剤はポリテトラメチレングリコール、アミノ官能化グリコール、またはアミノ官能化ポリオキシプロピレンなどの硬化剤である。一実施形態では、プレポリマー２０２、一次硬化剤および二次硬化剤（合わせて２０４）は、プレポリマー１０６部、一次硬化剤８５部および二次硬化剤１５部（すなわち、約１：０．９６のプレポリマー：硬化剤の化学量論量を提供する）のおおよそのモル比を有する。比率の変化は、硬度値を変化させる研磨パッドを提供するために、またはプレポリマーと第１および第２硬化剤の特定の性質に基づいて提供するために使用されうることが理解されるべきである。
【００３０】
図２Ｇを再び参照すると、上述のように、一実施形態では、成形型２００内の加熱は、成形研磨体２２２の研磨面２２４に溝パターンを形成することを含む。図示の溝パターンは、半径方向の溝と同心円周溝を有する。半径方向の溝または周方向の溝を省略することができることを理解されたい。さらに、同心円周溝は、代りに、入れ子状の三角形、正方形、五角形、六角形などの多角形であってもよい。代替的に、研磨面は、溝の代わりに突起基礎としてもよい。さらに、低密度研磨パッドは、研磨表面に溝を形成することなく製造されてもよい。そのような一例では、成形装置のパターン化されていない蓋が、パターン化された蓋の代わりに使用される。あるいは、成形中の蓋の使用を省略してもよい。成形中に蓋を使用する場合、混合物２１０は、約２〜１２ポンド／平方インチの範囲の圧力下で加熱することができる。
【００３１】
一態様では、独立気泡孔を有する低密度パッドを製造することができる。例えば、一実施形態では、研磨パッドは、０．６未満の密度を有し、熱硬化性ポリウレタン材料からなる研磨体を含む。複数の独立気泡孔が熱硬化性ポリウレタン材料中に分散されている。特定の一実施形態では、密度は０．５ｇ／ｃｃ未満である。一実施形態では、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約５５〜８０％の範囲内の熱硬化性ポリウレタン材料内の全細孔容積を提供する。一実施形態では、複数の独立気泡孔の各々は、本質的に球形である。一実施形態では、研磨体は、第１の溝付き表面をさらに含み、図２Ｇに関連して説明したように、第１の表面の反対側の第２の平坦な表面を含む。一実施形態では、研磨体は、以下により詳細に説明するように、一様な研磨体である。
【００３２】
例示的な一実施形態では、複数の独立気泡孔の各々は、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料からなる物理的シェルを含む。そのような場合、独立気泡孔は、上記のように最終的なパッド製造のために成形された混合物中にポロゲンを含めることによって製造することができる。
【００３３】
別の例示的な実施形態では、複数の独立気泡孔の各々は、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料からなる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からなる。そのような場合、独立気泡孔は、上述したように、最終的なパッド製造のために成形された混合物中に２種類のポロゲン（例えば、膨張性および非膨張性）を含むことによって製造することができる。
【００３４】
別の例示的な実施形態では、複数の独立気泡孔の一部のみが、熱硬化性ポリウレタン材料とは異なる材料からなる物理的シェルを含む。そのような場合、独立気泡孔は、上述したように、最終的なパッド製造のために成形された混合物中にポロゲンと気泡の両方、またはポロゲンと液滴の両方を含めることによって製造することができる。
【００３５】
別の例示的な実施形態では、複数の独立気泡孔の各々は、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、上述したように、最終的なパッド製造のために成形された混合物中に気泡または液滴、またはその両方を含むことによって製造することができる。
【００３６】
図３は、本発明の一実施形態による、すべてがポロゲン充填剤に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倍の倍率での断面図を示す。図３を参照すると、示されている全ての細孔はポロゲンから形成されており、そのすべてが物理的なシェルを含んでいる。細孔の一部は、予め膨張したＥｘｐａｎｃｅｌポロゲンから形成される。別の部分は、研磨パッド３００を製造するために使用される成形プロセスの間に膨張した未膨張のＥｘｐａｎｃｅｌポロゲンから形成される。かかる一実施形態では、非膨張Ｅｘｐａｎｃｅｌは設計により低温で膨張する。成形またはキャスティングプロセスの温度は、膨張温度より上であり、Ｅｘｐａｎｃｅｌは、成形またはキャスティング中に急速に膨張する。パッド３００の密度は約０．４５であり、パッドの全ての孔は独立気泡孔である。
【００３７】
図４は、本発明の一実施形態による、独立気泡孔を含む低密度研磨パッド４００の１００倍および３００倍の倍率での断面図を示しており、その一部分は、ポロゲン充填材に基づくものであり、その一部は気泡に基づくものである。本発明の実施形態である。図４を参照すると、示された小さな細孔は、ポロゲンから形成され、したがって、物理的なシェルを含む。より具体的には、小さな細孔は予め膨張したＥｘｐａｎｃｅｌポロゲンから形成される。大きな孔はガスを用いて形成される。より具体的には、大きな細孔は、少量の水および界面活性剤を使用して、成形またはキャスティング直前にパッド配合物混合物中に形成される。鎖延長のための化学反応の間、水をＮＣＯと化学反応させてＣＯ２を生成して細孔を形成させる化学反応が競合して起こる。界面活性剤の種類および濃度ならびに触媒の種類およびレベルは、孔の大きさおよび独立／開放気孔の割合を制御することが理解されるべきである。パッド４００の密度は約０．３７であり、パッドの孔のかなりの部分は独立気泡孔である。
【００３８】
一態様では、研磨パッド内の細孔直径の分布は釣鐘曲線または単峰性分布を有することができる。例えば、図５Ａは、本発明の一実施形態による、低密度研磨パッドにおける細孔直径の広範な単峰性分布についての、細孔直径の関数としての母集団のプロットを示す。図５Ａのプロット５００Ａを参照すると、単峰性分布は比較的広い場合がある。別の例として、図５Ｂは、本発明の一実施形態による、低密度研磨パッドにおける細孔直径の狭い単峰性分布についての、細孔直径の関数としての母集団のプロットを示す。図５Ｂのプロット５００Ｂを参照すると、単峰性分布は比較的狭くてもよい。狭い分布または広い分布のいずれかにおいて、４０ミクロンの最大集団（例として示されるような）のような最大直径集団のみが研磨パッドに提供される。
【００３９】
別の態様では、代わりに、低密度研磨パッドを細孔直径の二峰性分布で製造することができる。一例として、図６Ａは、本発明の一実施形態による、独立気泡孔の約１：１の二峰性分布を有する低密度研磨パッドの断面図を示す。
【００４０】
図６Ａを参照すると、研磨パッド６００は、一様な研磨体６０１を含む。一様な研磨体６０１は、一様な研磨体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から構成される。複数の独立気泡孔６０２は、直径の多峰性分布を有する。一実施形態では、直径の多峰性分布は、図６Ａに示すように、小直径モード６０４および大直径モード６０６を含む二峰性の直径分布である。
【００４１】
一実施形態では、図６Ａに示すように、複数の独立気泡孔６０２は、互いに離間した細孔を含む。これは、一般的なスポンジの孔の場合のように、トンネルを介して互いに接続されうる開気孔の細孔とは対照的である。一実施形態では、独立気泡孔の各々は、ポロゲンのシェルのような物理的なシェルを含む。しかし、別の実施形態では、独立気泡孔のいくつかまたはすべてが物理的なシェルを含まない。一実施形態では、図６Ａに示すように、複数の独立気泡孔６０２、したがって多峰性分布の直径は、一様な研磨体６０１の熱硬化性ポリウレタン材料全体に本質的に均等かつ均一に分布する。
【００４２】
一実施形態では、図６Ａに示すように、複数の独立気泡孔６０２の細孔直径の二峰性分布は、約１：１であってもよい。この概念をより良く説明するために、図６Ｂは、本発明の一実施形態による、図６Ａの研磨パッドにおける細孔直径の狭い分布に対する細孔直径の関数としての母集団のプロット６２０を示す。図６Ｃは、本発明の一実施形態による、図６Ａの研磨パッドにおける細孔直径の広範な分布に関する細孔直径の関数としての母集団のプロット６３０を示す。
【００４３】
図６Ａ〜図６Ｃを参照すると、大直径モード６０６の最大母集団の直径値は、小直径モード６０４の最大母集団の直径値の約２倍である。例えば、一実施形態では、図６Ｂおよび６Ｃに示されるように、大直径モード６０６の最大集団の直径値は約４０ミクロンであり、小直径モード６０４の最大集団の直径値は約２０ミクロンである。別の例として、大直径モード６０６の最大集団の直径値は約８０ミクロンであり、小直径モード６０４の最大集団の直径値は約４０ミクロンである。
【００４４】
図６Ｂのプロット６２０を参照すると、一実施形態では、細孔直径の分布が狭い。特定の実施形態では、大直径モード６０６の集団は、小直径モード６０４の集団と本質的に重ならない。しかし、図６Ｃのプロット６３０を参照すると、別の実施形態では、細孔直径の分布は広い。特定の実施形態では、大直径モード６０６の母集団は小直径モード６０４の母集団と重なっている。細孔直径の二峰性分布は、図６Ａ〜図６Ｃに関連して上述したように、１：１である必要はないことを理解されたい。また、細孔直径の二峰性分布は均一である必要はない。別の実施形態では、第１の溝付き表面から第２の平坦表面までの勾配を有する熱硬化性ポリウレタン材料の全体にわたって、独立気泡孔の直径の多峰性分布が勾配付けされる。かかる一実施形態では、勾配の多峰性分布の直径は、第１の溝付き表面に近接した小直径モードと、第２の平坦表面に近接した大直径モードとを含む二峰性の直径分布である。
【００４５】
一実施形態では、低密度研磨パッドは、サイズ分布において第１のピークを有する第１の直径モードと、サイズ分布において第２の異なるサイズ分布のピークを有する第２の直径モードとを有する二峰性の直径分布を有する複数の独立気泡孔を有する。かかる一実施形態では、第１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からなる物理的シェルをそれぞれ含む。特定のこのような実施形態では、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からなる物理的シェルをそれぞれ含む。かかる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から構成される。
【００４６】
一実施形態では、第１の直径モードのサイズ分布の第１のピークは、約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、約１０〜１５０ミクロンの範囲の直径を有する。一実施形態では、第１の直径モードは第２の直径モードと重なる。しかし、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。一実施形態では、第１の直径モードのカウント数の合計母集団は、第２の直径モードのカウント数の合計母集団に等しくない。しかし、別の実施形態では、第１の直径モードのカウント数の合計母集団は、第２の直径モードのカウント数の合計母集団にほぼ等しい。一実施形態では、直径の二峰性布は、熱硬化性ポリウレタン材料全体に本質的に均一に分布している。しかし、別の実施形態では、直径の二峰性分布は、熱硬化性ポリウレタン材料の全体に亘って段階的に分布される。
【００４７】
本発明の別の態様では、低密度研磨パッドが、成形プロセスのための製造補助材としての支持層を使用する成形プロセスで製造される。例えば、図７Ａ〜図７Ｈは、本発明の別の実施形態による低密度研磨パッドの製造に使用される動作の断面図を示す。
【００４８】
図７Ａを参照すると、成形型７００が提供される。一実施形態では、支持層７０１が成形型７００の底部に配置される。支持層７０１は、研磨パッドの成形における製造補助として使用され、パッド製造後に除去されてもよく、最後のパッドと結合されるまで保持されてもよい。一実施形態では、支持層は、ポリカーボネート支持層のようなポリマー支持層である。一実施形態では、支持層７０１は約２０ミル未満の厚さを有し、特定の実施形態では約５ミルの厚さを有する。かかる一実施形態では、厚さは、低密度研磨パッドの製造に使用される離型プロセスを助ける、または可能にする、適切に柔軟な支持層７０１を提供するように選択される。一実施形態では、支持層は、プラスチックフィルム、織布、紙、金属箔、金属メッシュ、または炭素繊維のメッシュのような材料層であるが、これらに限定されない。
【００４９】
図７Ｂを参照すると、プレポリマー７０２および硬化剤７０４（例えば鎖延長剤または架橋剤）をポロゲン７０６と混合して混合物を形成する。一実施形態では、ポロゲン７０６は、以下により詳細に記載されるように、充填されたまたは中空のポリマー微小球などの微小要素である。必要に応じて、混合物７１０にさらに気体または液体７０８を注入してもよい。
【００５０】
図７Ｃを参照すると、図７Ｂから得られた混合物７１０が、支持層７０１上の成形型７００の基部に示されている。混合物７１０は、複数のポリマー微小要素７１２（すなわち、ポロゲン７０６）を含み、複数の微小要素の各々は初期サイズを有する。かかる一実施形態では、ポリマー微小要素７１２の全てまたは実質的に全てが、以下により詳細に記載されるように、パッド成形プロセスの間にサイズが拡張するのに適した未発泡ポロゲンである。上記の他の状況において、全ての最終的な独立気泡孔が未発泡ポロゲンから生成される場合、配合物の粘度は、キャスティングまたは成形における管理性において低すぎる可能性がある。しかし、現在説明されている別の実施形態では、支持層７０１を成形型７００の基部に含めることにより、上述の取り扱いの問題の一部を伴わずに比較的粘性の低い混合物の使用が可能になる。例えば、一実施形態では、支持層７０１が成形型の体積の一部を占めるので、パッド製造には比較的少量の混合物が必要である。このように、混合物の体積が減少するので、唯一の（または実質的に唯一の）未発泡ポロゲンの存在による混合物の粘度の低下により、管理がしやすくなる。さらに、混合物の均一な広がりは、実際には、混合物７１０の粘度が比較的低いために、支持層７０１にわたって向上しうる。このように、本発明の実施形態によれば、成形プロセス中により大きなサイズに膨張する、実質的に唯一の未発泡ポリマー微小要素のみの使用を含む成形プロセス中に支持層を使用することにより、低密度研磨パッドの製造が容易になる。
【００５１】
一実施形態では、一実施形態において、非膨張ポリマー微小要素７１２は、混合物全体に分布された非膨張ガス充填または液体充填ＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）である。混合物から、例えば後述の成形プロセスによって研磨パッドを形成する際および／または形成中に、非膨張ガス充填または液体充填ＥＸＰＡＮＣＥＬ（登録商標）が膨張する。一実施形態において、非膨張ポリマー微小要素７１２は、アクリルコポリマーシェルを有し、ペンタンまたはイソブタンなどの液体で満たされる。したがって、一実施形態では、初期サイズを有する複数のポリマー微小要素７１２の各々は、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。
【００５２】
図７Ｄを参照すると、成形型７００の蓋７１６は、成形型７００のベースと一緒にされ、混合物７１０は、成形型７００の形状をとる。一実施形態では、成形型７００は、成形型７１０内にキャビティまたはボイドが形成されないように、蓋７１６と成形型７００のベースとを一緒にする際または一緒にしている間に、脱気される。
【００５３】
図７Ｅを参照すると、混合物７１０は、成形型７００内で加熱される。複数のポリマー微小要素７１２のそれぞれは、加熱中に膨張した微小要素７１８となり、本質的にポリマー微小要素の最終サイズとなりうる。さらに、図７Ｆを参照すると、混合物７１０を硬化させるために加熱が用いられて、膨張した微小要素７１８を取り囲む部分的にまたは完全に硬化したパッド材料７２０を提供する。かかる一実施形態では、硬化は、プレポリマーおよび硬化剤の材質に基づく架橋マトリクスを形成する。一実施形態では、支持層７０１は、高い引張強度を提供し、その上に硬化された混合物７１０と良好に結合する。かかる一実施形態では、部分的または完全に硬化されたパッド材料７２０は、支持層７０１に化学的／共有結合的または物理的に結合される。特定の実施形態では、混合物７１０は、成形型７００内で約１２０−１３０℃の温度範囲で加熱される。
【００５４】
再び図７Ｄおよび図７Ｅを参照すると、一実施形態では、複数の微小要素７１２のそれぞれは、複数のポリマー微小要素の各々の体積を約３倍から１０００倍の範囲で増大させることで、膨張した微小要素７１８となる。特定の実施形態では、サイズが約１０倍に拡張される。一実施形態では、複数の微小要素７１２の各々は、（場合によっては最終的な）膨張した微小要素７１８になり、それぞれの複数の微小要素７１８の最終直径を提供し、そのサイズは、約１０〜２００ミクロンの範囲内、特に約２０〜２５ミクロンの範囲内となる。一実施形態では、複数の微小要素７１２のそれぞれは、約３〜１，０００倍の範囲で複数の微小要素７１２のそれぞれの密度を低減することによって、最終的な膨張した微小要素７１８になる。特定の一実施形態では、その密度は約１５分の１に低減される。一実施形態では、複数の微小要素７１２の各々は、複数の微小要素７１８の各々に対して本質的に球形を形成することによって、最終的な膨張した微小要素７１８になる。一実施形態では、膨張ポリマー微小要素７１８は、パッド材料の約５０〜６０％を占める。一実施形態では、複数の微小要素７１８を膨張させると、混合物７１０の密度は約４０〜６０％の範囲に減少する。特定の実施形態では、混合物７１０の密度は、約５０％低減される。特定の実施形態では、混合物７１０の密度は、約１．１ｇ／ｃｍ３から約０．５ｇ／ｃｍ３に減少する。
【００５５】
図７Ｅおよび図７Ｆを総合的に参照すると、ポリマー微小要素７１２を最終的な膨張した微小要素７１８に拡張すること、および混合物７１０を硬化させることの順序は、必ずしも図示の順序で生じる必要はないことを理解されたい。別の実施形態では、加熱の間、混合物７１０の硬化は、微細要素７１２を最終的な膨張した微小要素７１８に拡張するのと同時に生じる。さらに別の実施形態では、混合物７１０を硬化させるために、および微小要素７１２を最終的な膨張した微小要素７１８に拡張するために、それぞれ２つの加熱が別々に実施される。一実施形態では、混合物７１０の硬化は、成形型７００内で完了するまで行われない。硬化は、以下により詳細に記載されるように、成形型７００から部分的に硬化したパッド材料を除去すると完了されうる。さらに、以下でさらに詳細に説明するように、硬化の不完全な（例えば、約９０〜９５％硬化）パッドの除去は、支持層７０１によって促進され得る。
【００５６】
本発明の一実施形態によれば、支持層７０１を成形プロセスに含めることによって、形成されたパッドを成形型７００から離型するタイミングに関して成形プロセスに効率を組み込むことができる。例えば、一実施形態では、硬化層が研磨層７２０の形状を維持し、離型応力に耐えるのに十分な程度であるときに、支持層７０１および成形研磨表面層７２０を成形型７００から除去することが実行される。すなわち、一実施形態では、ソリッドな一様な成形研磨表面層を除去する前に除去が行われ、さもなければ支持層７０１が存在しない状態で実施され得る。一実施形態では、部分的に硬化した成形研磨体が、オーブン中で成形型７１０の外側で最終的にまたは完全に硬化される。かかる一実施形態では、部分的に硬化した成形研磨体は、約１００℃未満の温度で最終的にまたは完全に硬化される。
【００５７】
図７Ｇを参照すると、一実施形態では、上述のプロセスを使用して、低密度研磨パッド７２２が提供される。低密度研磨パッド７２２は、硬化材料７２０から構成され、膨張ポリマー微小要素７１８を含む。一実施形態では、低密度研磨パッド７２２は、熱硬化性ポリウレタン材料から構成され、拡張微小要素７１８は、熱硬化性ポリウレタン材料中に分散された複数の独立気泡孔を提供する。再び図７Ｇを参照すると、低密度研磨パッド７２２は、その中に溝パターンを有する研磨面を有する。再び図７Ｇを参照すると、最終パッド材料は、支持層７０１に結合されたままである。結合物は、そのまま研磨パッドとして使用することができる。例示的な一実施形態では、最終的なパッドの厚さは、約１３０ミル〜１８０ミルの範囲であり、そのうちの約５ミルは支持層７０１の厚さに起因する。
【００５８】
図７Ｈを参照すると、一実施形態では、支持層７０１は、最終研磨パッドに保持されていない製造補助材である。すなわち、支持層７０１は、研磨パッド７２２から除去されうる。一実施形態では、支持層７０１を除去することは、支持層７０１を成形研磨体７２２から粉砕することを含む。別の実施形態では、支持層７０１を除去することは、支持層７０１を成形研磨体７２２から離して切断すること、支持層７０１を成形研磨体７２２からスカイビングすること、支持層７０１を溶解すること、支持層７０１をエッチングすること、または支持層７０１を研磨することを含む。
【００５９】
一実施形態では、支持層７０１は、成形型７１０の外側で部分硬化した成形研磨体をさらに硬化させる前に除去される。別の実施形態では、支持層７０１は、成形型７１０の外側で部分硬化した成形研磨体をさらに硬化させる間に除去される。さらに別の実施形態では、支持層７０１は、成形型７１０の外側で部分的に硬化した成形研磨体をさらに硬化させた後に除去される。かかる一実施形態では、支持層７０１は、最終硬化中に部分的に硬化した成形研磨体の完全性を維持するのを助けるために保持される。次いで、最終硬化の完了時に支持層７０１は除去される。
【００６０】
図７Ｈを再び参照すると、一実施形態では、最終研磨パッド７２２は、基板を研磨するための研磨パッドである。かかる一実施形態では、研磨パッド７２２は、約０．４〜０．５５ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する研磨体を含む。研磨体は、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中に分散された複数の独立気泡孔とを含む。特定の実施形態では、複数の独立気泡孔の各々は、アクリル共重合体からなるシェルを有する。特定の実施形態では、研磨体は、約０．４４〜０．５２ｇ／ｃｃの範囲の密度を有する。一実施形態では、研磨パッド２２２、３００、４００または７２２、またはそれらの上記変形例などの、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、基板を研磨するのに適している。かかる一実施形態では、研磨パッドはバフパッドとして使用される。基板は、デバイスまたは他の層がその上に配置されたシリコン基板など、半導体製造業界で使用される基板であってもよい。しかし、基板は、ＭＥＭＳデバイス、レチクル、またはソーラーモジュールのための基板などの基板であってもよいが、これらに限定されるものではない。したがって、本明細書で使用される「基板を研磨するための研磨パッド」への言及は、これらおよび関連する可能性を包含するように意図されている。
【００６１】
研磨パッド２２２、３００、４００、または７２２、またはそれらの上記変形例などの、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一様な研磨体で構成することができる。一実施形態では、一様な研磨体は、熱硬化性の独立気泡ポリウレタン材料からなる。一実施形態では、「一様」という用語は、熱硬化性の独立気泡ポリウレタン材料の組成が研磨体の組成全体にわたって一貫していることを示すために使用される。例えば、一実施形態では、用語「一様」は、例えば、含浸フェルトまたは異なる材料の複数の層の組成（複合材料）からなる研磨パッドを排除する。一実施形態では、「熱硬化性」という用語は、不可逆的に硬化するポリマー材料、例えば前駆体が硬化によって不可逆的な不溶性ポリマーネットワークに不可逆的に変化した材料を示すために使用される。例えば、一実施形態では、「熱硬化性」という用語は、例えば「熱可塑性樹脂」または「熱可塑性樹脂」（これらの材料は、加熱されたとき液体に変わり、十分に冷却されるとガラス状に変化するポリマー）で構成された研磨パッドを除く。熱硬化性材料から作られた研磨パッドは、典型的には化学反応でポリマーを形成するために反応する低分子量前駆体から製造され、熱可塑性材料から作製されたパッドは、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ために、プレポリマーを加熱して、相変化を生じさせることで製造される。ポリウレタン熱硬化性ポリマーは、本明細書に記載の研磨パッドを製造するために、それらの安定な熱的および機械的特性、化学的環境に対する耐性、および耐摩耗性の傾向に基づいて、選択されうる。
【００６２】
一実施形態では、一様な研磨体は、コンディショニングおよび／または研磨の際に、約１〜５ミクロンの二乗平均平方根の範囲内の研磨表面粗さを有する。一実施形態では、一様な研磨体は、コンディショニングおよび／または研磨の際に、約２．３５ミクロンの二乗平均平方根の研磨表面粗さを有する。一実施形態では、一様な研磨体は、摂氏２５度で約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、一様な研磨体は、摂氏２５度で約３０メガパスカル（ＭＰａ）未満の貯蔵弾性率を有する。一実施形態では、一様な研磨体は約２．５％の圧縮率を有する。
【００６３】
一実施形態では、研磨パッド２２２、３００、４００、または７２２、またはそれらの上記変形例などの、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、一様な成形研磨体を含む。「成形」という用語は、図２Ａ〜図２Ｇまたは図７Ａ〜図７Ｈに関連して、上でより詳細に説明したように、一様な研磨体が成形型内で形成されることを示すために使用される。他の実施形態では、上記のような低密度研磨パッドを製造するために、代わりにキャスティングプロセスを使用することができることを理解されたい。
【００６４】
一実施形態では、一様な研磨体は不透明である。一実施形態では、「不透明」という用語は、通過することが可能な可視光が約１０％以下の材料を示すために使用される。一実施形態では、一様な研磨体の一様な熱硬化独立気泡ポリウレタン材料全体に（例えば、追加の成分として）不透明な充填剤を含む大部分が不透明であるか、または全体的に不透明である。特定の実施形態では、不透明充填剤は、窒化ホウ素、フッ化セリウム、グラファイト、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、またはテフロンなどの材料であるが、これらに限定されない。
【００６５】
パッド２２２、３００、４００または７２２のような低密度研磨パッドのサイジングは、用途に応じて変更することができる。それにもかかわらず、特定のパラメータを使用して、従来の処理装置、または従来の化学的機械加工処理とでさえも互換性のある研磨パッドを製造することができる。例えば、本発明の一実施形態によれば、低密度研磨パッドは、約０．０７５インチ〜０．１３０インチの範囲の厚さ、例えば約１．９〜３．３ミリメートルの範囲の厚さを有する。一実施形態では、低密度研磨パッドは、約２０インチ〜３０．３インチの範囲、例えば約５０〜７７センチメートルの範囲、および場合によっては約１０インチ〜４２インチの範囲、例えば、約２５〜１０７センチメートルの範囲内の直径を有する。
【００６６】
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領域透過性（ＬＡＴ）領域をさらに含む。一実施形態では、ＬＡＴ領域は、研磨パッド内に配置され、共有パッドと共有結合される。適切なＬＡＴ領域の例は、ＮｅｘＰｌａｎａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された２０１０年１月１３日出願の米国特許出願第１２／６５７，１３５号、およびＮｅｘＰｌａｎａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された２０１０年９月３０日出願の米国特許出願第１２／８９５，４６５号に記載されている。代替的なまたは追加の実施形態では、低密度研磨パッドは、研磨表面および研磨体に配置された開口をさらに含む。開口は、例えば、研磨工具の取り付け盤に含まれる検出装置を収容することができる。研磨体の裏面には接着シートが配置されている。接着シートは、研磨体の裏面の開口に対して不透過性のシールを提供する。適切な開口の例は、ＮｅｘＰｌａｎａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された２０１１年７月１５日出願の米国特許出願第１３／１８４，３９５号に記載されている。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共に使用するための検出領域をさらに含む。適切な渦電流検出領域の例は、ＮｅｘＰｌａｎａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された２０１０年９月３０日出願の米国特許出願第１２／８９５，４６５号に記載されている。
【００６７】
研磨パッド２２２、３００、４００、または７２２、またはそれらの上記変形例などの、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、研磨体の背面に配置された下地層をさらに含むことができる。かかる一実施形態では、研磨面の材料とは異なるバルクまたは下地材料を有する研磨パッドが得られる。一実施形態では、複合研磨パッドは、研磨表面層がその上に配置される、安定した、本質的に非圧縮性の不活性材料から製造された下地またはバルク層を含む。下地層が硬いほど、パッドの完全性のための支持および強度を提供する一方で、研磨表面層が柔らかいほど、引掻き傷を低減し、研磨層の材料特性および研磨パッドの残りの部分の分離を可能にしうる。好適な下地層の例は、ＮｅｘＰｌａｎａｒ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎに譲渡された２０１１年１１月２９日出願の米国特許出願第１３／３０６，８４５号に記載されている。
【００６８】
研磨パッド２２２、３００、４００、または７２２、またはそれらの上記変形例などの、本明細書に記載の低密度研磨パッドは、研磨体の裏面に配置されたサブパッド、例えば、従来のサブパッドＣＭＰ技術において知られているようなパッドをさらに含みうる。かかる一実施形態では、サブパッドは、フォーム、ゴム、繊維、フェルトまたは高度に多孔質の材料などの材料から構成されるが、これらに限定されない。
【００６９】
説明の基礎として再び図２Ｇを参照すると、本明細書に記載されるような低密度研磨パッドに形成される溝パターンの個々の溝は、各溝上の任意の所与の点で約４〜約１００ミルの深さでありうる。いくつかの実施形態では、溝は、各溝上の任意の所与の点で約１０〜約５０ミルの深さである。溝は、均一な深さ、可変の深さ、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。いくつかの実施形態では、溝はすべて均一な深さである。例えば、溝パターンの溝はすべて同じ深さを有することができる。いくつかの実施形態では、溝パターンの溝のいくつかはある一定の深さを有してもよく、同じパターンの他の溝は異なる均一な深さを有してもよい。例えば、溝の深さは、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて増加してもよい。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が増加するにつれて減少する。いくつかの実施形態では、均一な深さの溝は、可変の深さの溝と交互になる。
【００７０】
本明細書に記載されるような低密度研磨パッドに形成される溝パターンの個々の溝は、各溝上の任意の所与の点で約２〜約１００ミルの幅でありうる。いくつかの実施形態では、溝は、各溝上の任意の所与の点で約１５〜約５０ミルの幅である。溝は、均一な幅、可変幅、またはそれらの任意の組合せとすることができる。いくつかの実施形態では、溝はすべて均一な幅である。しかし、いくつかの実施形態では、同心円の溝のいくつかは一定の均一幅を有し、同じパターンの他の溝は異なる均一幅を有する。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が増加するにつれて増加する。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が増加するにつれて減少する。いくつかの実施形態では、均一幅の溝は、可変幅の溝と交互になる。
【００７１】
前述した深さおよび幅の寸法に従って、本明細書に記載される溝パターンの個々の溝は、研磨パッドの開口またはその近傍の溝を含み、均一な容積、可変容積、または任意の組み合わせをとりうる。いくつかの実施形態では、溝はすべて均一な容積である。しかしながら、いくつかの実施形態では、溝の容積は、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて増加する。いくつかの他の実施形態では、溝の容積は、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて減少する。いくつかの実施形態では、均一な容積の溝が、可変容積の溝と交互になる。
【００７２】
本明細書に記載の溝パターンの溝は、約３０〜約１０００ミルのピッチを有することができる。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。円形研磨パッドの場合、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ベルトにおいて、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、可変のピッチ、またはそれらの任意の組み合わせであってもよい。いくつかの実施形態では、溝はすべて均一ピッチである。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が増加するにつれて増加する。いくつかの他の実施形態では、溝ピッチは、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて減少する。いくつかの実施形態では、１つのセクタ内の溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて変化するが、隣接するセクタ内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、１つのセクタ内の溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて増加するが、隣接するセクタ内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、１つのセクタ内の溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて増加するが、隣接セクタ内の溝のピッチは、研磨パッドの中心からの距離が増加するにつれて減少する。いくつかの実施形態では、均一ピッチの溝は、可変ピッチの溝と交互になる。いくつかの実施形態では、均一ピッチの溝のセクタは、可変ピッチの溝のセクタと交互になる。
【００７３】
本明細書に記載の研磨パッドは、様々な化学機械研磨装置と共に使用するのに適している。一例として、図８は、本発明の一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投影図を示す。
【００７４】
図８を参照すると、研磨装置８００は、取り付け盤８０４を含む。取り付け盤８０４の上面８０２は、図８に示されるように、低密度研磨パッド８９９を支持するために使用されうる。取り付け盤８０４は、スピンドル回転８０６を含む。サンプルキャリア８１０は、半導体ウエハを研磨パッドで研磨する間、半導体ウエハ８１１を適所に保持するために使用される。サンプルキャリア８１０は、スライダ振動７０８をさらに提供しうる。サンプルキャリア８１０は、サスペンション機構８１２によってさらに支持される。半導体ウエハの研磨前および研磨中に、スラリーを研磨パッド８９９の表面に供給するためのスラリー供給部８１４が含まれる。調整ユニット８９０が含まれてもよく、一実施形態では、研磨パッドを調整するためのダイヤモンドチップを含む。
【００７５】
したがって、低密度研磨パッドおよび低密度研磨パッドを製造する方法が開示されている。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
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【図２Ｇ】
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【図３】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図６Ｃ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図７Ｅ】
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【図７Ｆ】
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【図７Ｇ】
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【図７Ｈ】
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【図８】
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【国際調査報告】
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