KR100281976B1 - 연마용 패드 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

연마 찌꺼기나 사용이 끝난 연마액의 세정이 용이한 한편 연마시에 충분한 양의 연마액을 함유할 수 있어 균일한 연마 효과를 갖고 간단한 제조 공정으로 저렴하게 제조할 수 있는 연마용 패드 및 이의 제조 방법이 개시되어 있다. 나일론 40 내지 65%와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수축사 35 내지 60%로 이루어진 복합사를 사용하여 부직포를 형성한다. 폴리카보네이트디올을 주원료로 하여 제조된 폴리우레탄 용액을 상기 부직포에 함침시킨 후, 상기 함침된 부직포를 다시 코팅하여 응고조에서 응고시켜 직립형 셀을 형성한다. 상기에서 수득한 결과물의 표면 피막을 제거하여 상기 셀을 개구시킨다. 형성된 미세 기공은 직경이 45 내지 100마이크로미터이고, 깊이가 450 내지 500 마이크로미터인 직립형이다.

Description

연마용 패드 및 이의 제조 방법

본 발명은 연마용 패드 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 본 발명은 반도체 웨이퍼, 광학용 렌즈, 메모리용 디스크, 브라운과 및 액정디스플레이등의 연마용으로 널리 사용되는 연마용 패드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적인 공정은 우레탄계 연마용 패드와 연마액과의 습윤(Wet) 상태에서 기계적 화학적 공정으로 연마한다. 즉, 화학 시약과 피가공물의 화학적 작용으로 인하여 깨끗한 표면을 얻을 수 있다. 이 때 깨끗한 표면을 연속적으로 만들어 내는 기계적 작용을 하는 것이 연마용 패드의 역할이다.

패드는 연마액을 충분히 함유할 수 있는 충분한 공간을 갖고 있어야 한다. 상기 패드는 통상적으로 기재에 우레탄 베이스를 함침하는 공정과 코팅 공정을 통하여 제조된다.

물론 공정상이나 구조상으로는 일반적인 합성 피혁과 유사하나 다공질체(이하, 종종 "셀"이라 한다)의 구조에서는 차이점이 존재한다. 연마 공정중 셀의 구조에 따라 연마액을 함유하는 정도에 차이가 있고 이로 인하여 연마 효과에도 영향을 미친다.

종래의 연마용 패드는 도 1에 도시한 셀 구조와 이를 반전시킨 셀 구조로 크게 두 가지 유형으로 분류할 수 있다. 도 1에서 보는 바와 같이, 일반피혁의 셀 구조와 유사하다. 이는 일반 기재(통상적으로 부직포를 사용한다)(4)에 폴리우레탄 용액을 기재에 함침과 코팅 공정으로 작업한 후, 응고조에서 응고시켜 셀(32)을 형성시켜 상부가 부분적으로 개구된 삼각형 형상의 단면을 갖는 셀(32)을 포함하는 다공질층(31)을 형성시켜 제조한다.

폴리우레탄 용액이 응고되면서 탈용제 현상이 발생되면서 셀이라고 불리는 공간이 생기고 표면 가공으로 인하여 연마액을 함유할 수 있는 개구부가 형성된다. 상기 패드는 응고 공정상의 여러 가지 요소로 인하여 셀 형상의 상부는 좁고 하부로 내려 갈수록 셀의 직경이 증대되는 경향이 생긴다. 상기와 같은 구조는 떨어지는 물방울 형태와 유사하며 연마 공정시 여러 가지 문제점등이 동반된다. 셀의 개구부가 좁고 하부가 넓은 관계로 사용한 연마액과 새로운 연마액의 치환이 쉽지 않아 연마용 패드의 수명이 짧다. 또한, 셀 벽의 표면적이 크기 때문에 연마 공정중 마찰력이 높아져 새로운 연마액의 지속적인 공급이 어려워 연마 효과가 떨어진다.

이외에 개구부가 좁은 관계로 연마액을 씻어내고 깨끗한 물로 수세하는 데 많은 시간이 소요되므로 연마 시간이 많이 소요되는 문제점이 발생한다.

상기한 단점을 보완하기 위하여 셀 구조를 반전시켰으며 이러한 구조를 갖는 연마용 패드가 미합중국 특허 제4,841,680호에 개시되어 있다. 도 2는 상기한 미국 특허에 개시되어 있는 연마용 패드를 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 기재(2)상에 역삼각형의 단면을 갖고, 상부가 개구되어 있는 마이크로 포어(10)를 갖는 다공질층(1)이 형성되어 있다.

도 3 내지 도 5는 상기 도 2에 도시한 반전된 셀 구조를 갖는 연마용 패드의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.

도 3을 참조하면, 부직포로 이루어진 제1의 기재(6)상에 폴리우레탄 용액을 이용하여 삼각형 단면을 갖는 마이크로 포어(52)가 형성되어 있는 미공질 시트(5)를 형성한다. 다음에, 도 4를 참조하면, 상기 미공질 시트(5)의 표피층(Skin layer)상에 부직포로 이루어진 제2의 기재(7)를 부착시킨다.

도 5를 참조하면, 결과물을 뒤집어서 제1의 기재(6)를 제거한다. 다음에, 미공질 시트(5)의 상부를 제거하여 마이크로 포어(52)를 노출시켜 도 2에 도시한 와 같은 연마용 패드를 제조한다.

상기한 방법에 의하면, 연마용 패드는 폴리우레탄 용액을 제1의 기재(6)에 함침, 코팅하여 셀을 형성시킨 다음 다시 표피층(Skin layer)에 폴리우레탄으로 함침한 또다른 기재를 결합시켜 원래의 기재를 절단가공하여 도 1의 셀을 반전시킨 것이다. 마이크로포어(52)의 상부가 넓고 하부로 내려 갈수록 셀이 좁아지는 경향을 보인다. 사용한 연마액과 새로운 연마액과의 치환이 용이하고 연마 공정 말기에 수세가 용이하여 연마공정 시간이 단축된다. 하지만 이 연마용 패드는 개구부가 넓은 관계로 연마액의 소모량이 많고, 연마 공정이 진행됨에 따라 셀벽의 단면적이 넓어져 마찰력의 차이가 생겨 마무리 단계에서 연마효과가 떨어지는 현상이 생긴다. 또한, 표피층을 다른 기재와 접착시키고 원래의 기재를 절단해야 하는 등 기존 공정에 비해서 복잡하고 생산 단가가 비싼 단점이 있다.

본 발명은 상기한 점을 감안하여 종래 기술의 문제점을 개선하기 위해 안출한 것으로, 본 발명의 제1 목적은 연마 찌꺼기나 사용이 끝난 연마액의 세정이 용이한 한편 연마시에 충분한 양의 연마액을 함유할 수 있어 균일한 연마 효과를 갖고 간단한 제조 공정으로 저렴하게 제조할 수 있는 연마용 패드를 제공하는 것이다.

본 발명의 제2의 목적은 상기한 연마용 패드를 제조하는 데 특히 적합한 연마용 패드의 제조 방법을 제공하는 것이다.

제1도는 종래의 연마용 패드의 단면도이다.

제2도는 종래의 다른 연마용 패드의 단면도이다.

제3도 내지 제5도는 제2도에 도시한 연마용 패드의 제조 방법을 나타내는 단면도들이다.

제6도는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 패드의 단면도이다.

제7도 및 제8도는 제6도에 도시한 연마용 패드의 제조 방법의 일 실시예를 나타내는 단면도들이다.

상기한 본 발명의 제1 목적을 실현하기 위하여, 본 발명은 기재로서 부직포와 상기 부직포상에 폴리우레탄을 주요 재질로 하는 고분자 재료의 미세 다공질 시트로 이루어진 연마용 표면을 포함하고, 상기 연마용 표면의 대부분에 미세 기공이 개구되어 있는 연마용 패드에 있어서, 상기 미세 기공은 직경이 45 내지 100마이크로미터이고, 길이가 450 내지 500 마이크로미터인 직립형인 것을 특징으로 하는 연마용 패드를 제공한다.

상기한 본 발명의 제2 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 나일론 40 내지 65%와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수축사 35 내지 60%로 이루어진 복합사를 사용하여 부직포를 형성하는 단계; 폴리카보네이트디올을 주원료로 하여 제조된 폴리우레탄 용액을 상기 부직포에 함침시키는 단계; 상기 함침된 부직포상에 폴리우레탄 용액을 코팅하여 폴리우레탄 막을 형성하는 단계; 상기 폴리우레탄 막이 형성된 기재를 응고조에서 응고시켜 상기 폴리우레탄 막에 직립형 셀을 형성하는 단계; 및 상기에서 수득한 결과물의 표면 피막을 제거하여 상기 셀을 개구시켜 미세 다공질 시트를 형성하는 단계로 구성된 연마용 패드의 제조 방법을 제공한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 패드의 단면도를 나타낸다. 도시한 바와 같이, 기재로서 부직포(100)와 상기 부직포상에 폴리우레탄을 주요 재질로 하는 고분자 재료의 미세 다공질 시트(110)로 이루어진 연마용 표면을 포함한다. 상기 연마용 표면의 대부분에 미세 기공(112)이 개구되어 있고, 상기 미세 기공(112)은 직경(d)이 45 내지 100마이크로미터이고, 길이(l)가 450 내지 500 마이크로미터인 직립형으로 형성된다.

상기 미세 기공(112)의 직경이 45마이크로미터미만이면, 연마를 할 수 있는 충분한 연마액을 보유할 수가 없어 연마시간이 길게되어 바람직하지 않고, 100마이크로미터를 초과하면, 표면이 거칠고 연마시 소음이 커서 바람직하지 않다. 상기 미세 기공(112)의 길이가 450 마이크로미터미만이면, 연마 패드의 수명이 단축되어 바람직하지 않고, 500마이크로미터를 초과하면 연마액의 치환 및 수세가 어려워서 바람직하지 않다.

상기 고분자 재료는 분자량이 1000 내지 3000의 폴리카보네이트디올을 주원료로 하여 제조한다. 폴리카보네이트디올의 분자량이 1000미만이면 제품이 견고하여 표면 가공이 용이하지 않아서 바람직하지 않고, 3000을 초과하면, 제품이 유연하여 연마시 연마 압축강도에 견딜 수 없어서 바람직하지 않다.

상기 부직포는 나일론 40 내지 65중량%와 폴리에티렌테레프탈레이트로 이루어진 특수 고수축사 35 내지 60%로 이루어진 복합사를 사용하여 수득한다. 나일론이 40중량%미만이고, 특수 고수축사가 60중량%를 초과하면, 기재의 밀도는 향상되나 폴리우레탄 수지의 함침이 어려워서 바람직하지 않고, 나일론이 65중량%를 초과하고, 특수 고수축사 35중량%미만이면, 밀도가 저하되어 셀이 불균일하게 형성되어 바람직하지 않다.

상기와 같이 형성된, 연마용 패드는 압축 탄성률은 70 내지 75%이고, 압축율은 4.5 내지 5.0%이고 경도는 (ASKER-C; JIS K-6301) 60 내지 65이다.

도 7 및 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마용 패드의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

상기한 연마용 패드를 제조하기 위하여는 먼저, 나일론 40 내지 65%와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수축사 35 내지 60%로 이루어진 복합사를 사용하여 부직포를 형성한다. 상기 부직포는 복합사를 사용하여 니들 펀칭(Needle Punching)과 수축 공정을 거쳐 얻을 수 있다. 상기 니들 펀칭은 원사를 여러겹 겹쳐서 니들을 이용하여 조직의 강도를 증가시키는 공정이다. 또한, 상기 수축 공정은 열을 사용하여 수행한다. 수축 공정을 마친 후의 부직포의 밀도는 0.24 내지 0.28g/cm³이다. 기재의 밀도가 0.24g/cm³미만이면, 셀이 불균일하게 형성되어 바람직하지 않고, 0.28g/cm³를 초과하면, 폴리우레탄용액의 함침이 어렵고 비용이 증가하여 바람직하지 않다.

다음에, 폴리카보네이트디올을 주원료로 하여 제조된 폴리우레탄 용액을 상기 부직포에 함침시켜서 기재(100)을 형성시킨다. 또한 함침한 기재(100)를 불소화합물을 이용하여 발수처리를 한다. 이 때, 사용되는 불소 화합물로서는 퍼플루오로알킬아크릴산에스테르 또는 메타크릴산에스테르를 주성분으로 하는 공중합체 또는 퍼플루오로알킬기가 관능기에 의해 방향족 화합물에 결합한 화합물 등을 들 수 있다. 이러한 화합물은 유화제를 사용하여 물에 분산된 라텍스 타입과 메틸클로로포름과 같은 불연성 용제에 용해한 솔벤트 타입으로 구별된다.

상기한 함침된 기재(100)상에 폴리우레탄용액을 사용하여 코팅하여 폴리우레탄 막(110)을 형성한다. 상기 폴리우레탄 용액은 폴리우레탄 17.95중량%, 폴리염화 비닐0.08중량%, 카본 블랙 10.78중량% 그리고 디메틸포름아미드 79.33중량%로 구성된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

다음에, 도 7을 참조하면, 폴리우레탄 막(110)이 형성되어 있는 기재(100)를 응고조에서 응고시켜 직립형 셀을 형성한다. 이 때, 상기 셀의 형태를 조절할 수 있는 계면활성제를 1.5 내지 2.5중량% 정도 첨가하는 것이 바람직하다.

코팅된 상태에서 5내지 10중량%의 디메틸포름아미드를 포함하는 수용액으로 구성된 응고조를 통과시키면 일정한 형태의 셀이 형성되고 응고가 이루어진다. 이셀은 도 7에서 보는 바와 같이 상부와 하부가 대체적으로 동일한 직경을 갖는 직립형 구조를 형성하고 있으며 직경은 45 내지 100마이크로미터이고 깊이는 450 내지 500마이크로미터이다.

셀층과 기재사이에 막이 형성되는 데 이 막은 얇고 균일해야 셀의 안정화를 기할 수 있다. 이를 위해서 기재에 폴리우레탄 코팅시 우레탄이 기재에 스며들어가는 속도와 응고조에서 기재에 침입하는 5-10중량%의 디메틸포름아미드를 갖는 물의 속도가 같아야 한다. 그러기 위해서는 기재에 폴리우레탄을 함침한 다음 반 건조 상태가 아닌 완전 건조 상태에서 폴리우레탄 액의 코팅공정을 수행한 후, 응고조에 입수되기까지의 시간을 충분히 확보해야 한다.

디메틸포름아미드의 양이 5중량%를 미만이면, 초기 성막 속도가 빠르고 셀의 과대 현상과 셀의 불안정함을 보여 바람직하지 않고, 10중량%를 초과하면, 셀이 미세화될 가능성이 높아져서 바람직하지 않다. 이 때, 응고조의 온도는 20 내지 27℃에서 유지된다. 응고조의 온도가 20℃미만이면, 디메틸포름아미드의 확산 속도가 느려지고 물의 침투 속도가 빨라 셀이 지나치게 커져서 바람직하지 않고, 27℃를 초과하면, 셀이 너무 작게 형성되는 경향이 있어서 바람직하지 않다.

이 때, 셀의 형상을 일정하게 유지하기 위해서 우레탄의 초기 피막 형성 속도를 소수성 계면활성제(예를 들면, 비이온성 계면활성제)와 같은 첨가제등을 사용하여 조금 늦춰진다. 이는 분자내의 응집력을 저하시키고 소수성이 강하여 물/디메틸포름아미드의 치환을 늦추어 스킨(Skin)층의 형성을 억제시키므로 셀은 균일한 형태를 띤다. 또한, 셀의 크기를 기존 보다 크게 하기 위해서 5-10%의 낮은 농도를 갖는 응고조에서 응고시킨다.

응고조를 통과한 제품은 수세를 거쳐 120 내지 150℃에서 건조시킨다. 마지막으로, 도 8을 참조하면, 셀의 표피층(110a)을 버핑이나 슬라이싱 공정으로 제거하여 도 6에 도시한 바와 같이, 셀의 상부 개구부가 열린 직립형 셀을 만든다. 이 방법으로 인해 개구부 상부나 하부의 직경이 대체적으로 동일한 연마 패드를 얻을 수 있다. 또한 작업 공정상의 복잡함도 줄일 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 보다 구체적으로 설명하지만 본 발명은 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예]

[폴리우레탄 용액의 제조]

폴리카보네이트디올(분자량 1,000 내지 3,000) 1,000중량부에 톨루엔 디이소시아네이트 52중량부를 혼합하여 85℃에서 5시간동안 가열하여 말단에 -OH를 갖는 다이머를 제조하였다. 이 다이머 1052중량부에 헥사메틸렌 디이소시아네이트 34부와 4,4-디페닐메탄 디이소시아네이트 225부 및 에틸렌 글리콜 12.4중량부를 혼합하여 85℃에서 4시간동안 교반한 후, 3087.9중량부의 DMF에 용해하였다. 이 때, 생성된 용액에 300중량부의 DMF에 15중량부의 폴리비닐피롤리돈이 용해된 용액을 첨가한 후, 50℃에서 1시간동안 보존시켰다. 이렇게 해서 수득한 폴리우레탄 용액은 점도가 100 내지 300포이즈, 고형분은 약28%이었다.

또한, 358.4중량부의 폴리우레탄(1,4-부탄디올 아디페이트계, 고형분 30%)과 39.8중량부의 폴리염화비닐을 2342.5중량부의 DMF에 첨가하고, 382.6중량부의 카본블랙을 넣어 제조한 액체를 상기 폴리우레탄에 첨가하여 19중량%의 폴리우레탄, 0.5 중량%의 폴리염화비닐 및 5중량%의 카본 블랙으로 된 용액을 제조하였다. 여기서, 상기 폴리 염화 비닐은 분자량 600-5000의 것을 사용하였다.

[기재의 제조]

기재로서 고밀도 부직포를 사용하였다. 우선, 나일론 40-65중량%에 특수 고수축사 35 내지 60중량%의 복합사로 니들 펀칭(Needle Punching) 및 수축 공정을 거쳐 기재를 형성하였다. 수득한 기재의 밀도는 0.24 내지 0.28g/cm³이었다. 기재의 밀도가 셀의 안정화에 많은 영향을 미치므로 고밀도와 균일한 표면 상태를 갖는 기재를 사용하였다.

[연마용 패드의 제조]

제조된 폴리우레탄 용액에 용제, 계면활성제, 첨가제등을 첨가하여 이를 기재에 함침시켜서 폴리우레탄 용액이 함침된 기재(도 7의 100)를 수득하였다. 상기 함침된 기재를 완전히 건조시키고, 다시 폴리우레탄 용액을 사용하여 코팅을 하여 도 7에 도시한 바와 같이 폴리우레탄막(110)이 형성된 기재(100)를 수득하였다.

다음에, 상기 기재(100)를 응고조에 투입하여 응고시켜 셀을 형성시킨다. 응고조는 5 내지 10% 디메틸포름아미드가 포함된 물이고 온도는 20 내지 27℃조건 하에서 진행하였다. 코팅된 기재에 물의 침투 속도와 기재에 코팅액의 침투 속도가 일치할 때만이 가장 이상적인 셀을 형성할 수 있으므로 함침이 끝난 기재에 발수 처리를 행한다. 응고 공정이 끝나면 탈디메틸 포름아미드가 완전히 이루어 질 수 있도록 50℃이상에서 수세 공정을 거쳤다. 이 공정을 거친 후, 120 내지 150℃내에서 완전 건조시킨다. 건조 과정의 진행이 완결되면, 도 8에 도시한 바와 같이, 표면 피막(110a)을 버핑이나 슬라이싱으로 제거하여 셀의 상부를 제거하여 개구부를 형성하여 도 6에 도시한 바와 같이 상부가 개구된 직립형 셀을 형성시켰다. 이 때, 셀의 직경은 45 내지 100마이크로미터이고, 길이는 450 내지 500 마이크로미터인 직립형 구조이다. 수득한 연마용 패드의 압축 탄성율은 70 내지 75%이고, 압축율은 4.5 내지 5.0%이고 경도(ASKER-C)는 60 내지 65이었다.

본 발명에 의하면, 제조 공정이 종래의 패드 공정에 비해 크게 단축되어 경제적이고 비소모적일 뿐만 아니라, 생산성의 향상을 기할 수 있고, 불량을 최소화하여 고부가 가치의 상품으로의 전환을 기할 수 있다.

Claims (9)

1. 기재로서 부직포와 상기 부직포상에 폴리우레탄을 주요 재질로 하는 고분자 재료의 미세 다공질 시트로 이루어진 연마용 표면을 포함하고, 상기 연마용 표면의 대부분에 미세 기공이 개구되어 있는 연마용 패드에 있어서, 상기 미세 기공은 직경이 45 내지 100마이크로미터이고, 길이가 450 내지 500 마이크로미터이며 직립형인 것을 특징으로 하는 연마용 패드.
2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 재료는 분자량이 1000 내지 3000의 폴리카보네이트디올을 주원료로하여 제조된 것을 특징으로 하는 연마용 패드.
3. 제1항에 있어서, 상기 부직포는 나일론 40 내지 65%와 특수 수축사 35 내지 60%로 이루어진 복합사를 사용하여 수득한 것을 특징으로 하는 연마용 패드.
4. 제1항에 있어서, 압축 탄성율은 70 내지 75%이고, 압축율은 4.5 내지 5.0%고 경도는 (ASKER-C) 60 내지 65인 것을 특징으로 하는 연마용 패드.
5. 나일론 40 내지 65%와 폴리에틸렌 테레프탈레이트 수축사 35 내지 60%로 이루어진 복합사를 사용하여 부직포를 형성하는 단계; 폴리카보네이트디올을 주원료로 하여 제조된 폴리우레탄 용액을 상기 부직포에 함침시키는 단계; 상기 함침된 부직포를 건조시킨 후 상기 부직포상에 폴리우레탄 용액을 코팅하여 폴리우레탄 막을 형성하는 단계; 상기 폴리우레탄막이 형성된 기재를 5 내지 15 중량%의 디메틸포름아미드를 포함하는 수용액으로 구성된 응고조에서 응고시켜 상기 폴리우레탄막에 직립형 셀을 형성하는 단계; 및 상기에서 수득한 결과물의 표면 피막을 제거하여 상기 셀을 개구시켜 미세다공질 시트를 형성하는 단계를 포함하는 연마용 패드의 제조 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 부직포는 니들 펀칭과 수축 공정을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 연마용 패드의 제조 방법.
7. 제6항에 있어서, 상기 부직포의 밀도는 0.24 내지 0.28g/cm³인 것을 특징으로 하는 연마용 패드의 제조 방법.
8. 제5항에 있어서, 상기 응고조의 온도는 20 내지 27℃에서 유지되는 것을 특징으로 하는 연마용 패드의 제조 방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 함침된 부직포를 불소 화합물로 발수 처리하여 셀의 안정적인 구조를 형성하는 것을 특징으로 하는 연마용 패드의 제조 방법.

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