KR100669301B1 - 연마 패드 및 복층형 연마 패드 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은 스크래치의 발생을 특히 효과적으로 억제할 수 있는 연마 패드 및 복층형 연마 패드를 제공하는 것이다. 본 발명의 연마 패드는 연마면측에 형성되고, 환형, 격자형 및 나선형으로부터 선택되는 1종 이상의 형상의 홈 (a), 오목부 (b) 및 연마 패드의 표리를 관통하는 관통공 (c)에서 선택되는 1개 이상의 부위를 가지며, 이 부위의 내면의 표면 조도는 20 ㎛ 이하이고, 화학 기계 연마에 사용되는 것을 특징으로 한다.
연마 패드, 복층형, 화학 기계 연마, 오목부, 관통공
Description
도 1은 본 발명의 연마 패드의 일례를 나타내는 평면 모식도이다.
도 2는 본 발명의 연마 패드의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 3은 본 발명의 연마 패드의 홈을 포함하는 일부 횡단면의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 연마 패드의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 5는 본 발명의 연마 패드의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 6은 본 발명의 연마 패드의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 7은 본 발명의 연마 패드의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 8은 본 발명의 연마 패드의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 9는 본 발명의 연마 패드의 다른 예를 나타내는 평면 모식도이다.
도 10은 본 발명의 연마 패드의 오목부를 포함하는 일부 횡단면의 모식도이다.
도 11은 실시예 1-1의 연마 패드의 일부 단면의 현미경 화상에 의한 설명도이다.
도 12는 비교예 1-1의 연마 패드의 일부 단면의 현미경 화상에 의한 설명도이다.
도 13은 실시예 2-1의 연마 패드의 일부 단면의 현미경 화상에 의한 설명도이다.
도 14는 실시예 3-1의 연마 패드의 일부 단면의 현미경 화상에 의한 설명도이다.
도 15는 실시예 4-1의 연마 패드의 일부 단면의 현미경 화상에 의한 설명도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
1: 연마 패드
12: 홈
12a, 12b: 나선의 방향이 다른 2개의 나선형의 홈
21: 피치
22: 홈의 폭
23: 인접하는 홈의 사이의 최소 길이
본 발명은 연마 패드 및 복층형 연마 패드에 관한 것이다. 더욱 자세하게는 연마면측에 특정한 형상의 홈, 또는 연마면측으로 개방된 개구하는 특정한 형상의 오목부 등을 갖는 연마 패드 및 복층형 연마 패드에 관한 것이다. 본 발명의 연마 패드 및 복층형 연마 패드는 반도체 장치의 제조에 있어서 넓게 이용되고 특히 웨 이퍼 등의 피연마재 표면의 화학 기계 연마 등에 있어서 적합하다.
최근, 우수한 평탄성을 갖는 표면을 형성할 수 있는 연마 방법으로서 화학 기계 연마 (Chemical Mechanical Polishing; CMP)가 주목되고 있다. CMP에서는 연마 패드와 피연마재의 피연마면을 슬라이딩시키면서 연마 패드 표면에 연마제가 분산된 수계 분산체인 슬러리를 상측으로부터 흘려내려 연마가 수행된다. 이 CMP에서는 연마 패드의 성형 및 특성 등에 의해 연마 결과가 크게 좌우된다는 것이 알려져 있다.
이 연마 패드로서 그 표면에 홈을 설치함으로써 연마 속도 및 연마 결과를 향상시키는 기술이 일본 특허 공개 평 11-70463호 공보, 일본 특허 공개 평 8-216029호 공보 및 일본 특허 공개 평 8-39423호 공보 등에 개시되어 있다. 그러나 이러한 기술을 이용하여도 아직 충분히 피연마재의 연마면에 스크래치를 방지할 수 없는 경우가 있다.
또한, 발포체를 사용하지 않고, 연마 패드의 연마면에 공극을 형성할 수 있는 연마 패드로서, 일본 특허 공개 평 8-500622호 공보, 일본 특허 공개 2000-34416호공보, 일본 특허 공개 2000-33552호 공보 및 일본 특허 공개 평 2001-334455호 공보 등에 개시된 기술이 알려져 있다. 그러나 이러한 기술을 이용하여도 연마시에 슬러리 중의 연마제, 연마 잔류물 등에 의해서 공극이 막히는 것을 억제할 수 없는 경우나 드레싱 후에 공극이 막히는 것을 억제할 수 없는 경우가 있고, 이에 따라 연마 속도를 충분히 향상시킬 수 없는 경우가 있다. 또한 슬러리를 연마 패드 상에 충분히 균일하게 분포시키지 못할 경우도 있고, 이에 따라 연마 속 도를 충분히 향상시키지 못하고 충분히 균질한 연마면을 얻을 수 없는 경우가 있다.
본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서 스크래치의 발생을 특히 효과적으로 억제할 수 있는 연마 패드 및 복층형 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명을 이하에 설명하기로 한다.
1. 연마면측에 형성되고, 격자형, 환형 및 나선형으로부터 선택되는 1종 이상의 형상의 홈 (a), 오목부 (b) 및 연마 패드의 표리를 관통하는 관통공 (c)로부터 선택되는 1개 이상의 부위를 가지고, 상기 부위의 내면의 표면 조도는 20 ㎛ 이하이며, 화학 기계 연마에 사용되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
2. 제1항에 있어서, 상기 홈 (a)의 깊이는 0.1 mm 이상이고, 폭은 0.1 mm 이상인 연마 패드.
3. 제1항에 있어서, 상기 홈 (a)가 동심원형으로 형성되어 있는 연마 패드.
4. 제1항에 있어서, 상기 오목부 (b)의 깊이는 0.1 mm 이상이고, 개구부의 최소 길이는 0.1 mm 이상인 연마 패드.
5. 제1항에 있어서, 상기 관통공 (c)의 개구부의 최소 길이가 0.1 mm 이상인 연마 패드.
6. 제1항에 있어서, 상기 오목부 (b) 1개의 개구부의 면적이 0.0075 mm2 이상인 연마 패드.
7. 제1항에 있어서, 상기 관통공 (c) 1개의 개구부의 면적이 0.0075 mm2 이상인 연마 패드.
8. 제1항에 있어서, 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 인접하는 각 개구부의 사이의 최소 길이가 0.05 mm 이상인 연마 패드.
9. 제1항에 있어서, 상기 연마 패드의 적어도 일부가, 가교 중합체를 함유하는 비수용성 매트릭스와, 이 비수용성 매트릭스 중에 분산된 수용성 입자를 함유하는 연마 패드.
10. 제1항에 있어서, 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)가 절삭 및 금형 성형으로부터 선택되는 방법에 의해 형성된 연마 패드.
11. 연마면측에 형성되고, 격자형, 환형 및 나선형으로부터 선택되는 1종 이상의 형상의 홈 (a), 오목부 (b) 및 연마층의 표리를 관통하는 관통공 (c)로부터 선택되는 1개 이상의 부위를 가지고, 상기 부위의 내면의 표면 조도가 20 ㎛ 이하인 연마층과, 이 연마층의 비연마면측에 배치된 지지층을 구비하고, 화학 기계 연마에 사용되는 것을 특징으로 하는 복층형 연마 패드.
12. 제11항에 있어서, 상기 홈 (a)의 깊이는 0.1 mm 이상이고, 폭은 0.1 mm 이상인 복층형 연마 패드.
13. 제11항에 있어서, 상기 홈 (a)가 동심원형으로 형성되어 있는 복층형 연 마 패드.
14. 제11항에 있어서, 상기 오목부 (b)의 깊이는 0.1 mm 이상이고, 개구부의 최소 길이는 0.1 mm 이상인 복층형 연마 패드.
15. 제11항에 있어서, 상기 관통공 (c)의 개구부의 최소 길이가 0.1 mm 이상인 복층형 연마 패드.
16. 제11항에 있어서, 상기 오목부 (b) 1개의 개구부의 면적이 0.0075 mm2 이상인 복층형 연마 패드.
17. 제11항에 있어서, 상기 관통공 (c) 1개의 개구부의 면적이 0.0075 mm2 이상인 복층형 연마 패드.
18. 제11항에 있어서, 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 인접하는 각 개구부의 사이의 최소 길이가 0.05 mm 이상인 복층형 연마 패드.
19. 제11항에 있어서, 상기 연마층의 적어도 일부가, 가교 중합체를 함유하는 비수용성 매트릭스와, 이 비수용성 매트릭스 중에 분산된 수용성 입자를 함유하는 복층형 연마 패드.
20. 제11항에 있어서, 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)가 절삭 및 금형 성형으로부터 선택되는 방법에 의해 형성된 복층형 연마 패드.
이하 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 연마 패드는 연마면측에 형성되고 격자형, 환형 및 나선형으로부터 선택되는 1종 이상의 형상의 홈 (a), 오목부 (b) 및 연마 패드의 표리를 관통하 는 관통공 (c)로부터 선택되는 1개 이상의 부위를 갖는다.
본 발명의 연마 패드에 설치되는 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 내면의 「표면 조도」는 20 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 15 ㎛ 이하, 보다 바람직하게는 10 ㎛ 이하이고, 특히 바람직하게는 7 ㎛ 이하이다. 또한 하한은 통상 0.05 ㎛이다. 이 표면 조도가 20 ㎛ 이하인 것에 의해 연마시의 스크래치를 효과적으로 방지시킬 수 있다. 또한 이 표면 조도는 평균선으로부터 돌출된 곡선과의 고저차의 절대값을 평균한 값 (Ra)을 의미하며, 후술하는 측정 방법에 의한 값이고, 본 발명의 연마 패드의 적어도 사용전에 있어서의 값이다.
상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 내면의 표면 조도 (Ra)가 20 ㎛ 이하라는 것은, 커다란 요철이 없는 상태이다. 커다란 요철이 있는 경우, 특히 커다란 볼록부 (예를 들면 홈의 형성시에 발생되는 절삭 잔류물로 이루어짐)는 연마 중에 이탈하고, 이것이 스크래치 발생의 원인이 된다. 또한 이 이탈한 볼록부가 연마 중의 압력이나 마찰열 등에 의해 압축되는 등으로 형성되는 이물질이나, 이탈한 볼록부와 연마 잔류물, 슬러리 중의 고형분 등이 작용하여 형성되는 이물질 등에 의해서도 스크래치가 발생되는 경우가 있다. 또한 드레싱시에도 이들 볼록부는 이탈하여 마찬가지의 문제점을 초래하는 경우가 있다.
또한 표면 조도 (Ra)가 20 ㎛ 이하인 스크래치를 방지할 수 있는 것에 더하여, 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)로서의 기능, 특히 슬러리를 연마면에 분배하는 기능 및 폐기물을 외부로 배출하는 기능이 특히 효율적으로 발휘된다.
이 표면 조도 (Ra)는 사용 전의 연마 패드의 표면의 상이한 세가지 시야에 대해서 표면 조도를 측정할 수 있는 측정기 등을 이용하여 각각 평균 표면 조도를 측정하고, 얻어진 3개의 평균 표면 조도로부터 구한 평균치이다. 사용하는 측정기 등은 특별히 한정되지 않고 예를 들면 3차원 표면 구조 해석 현미경, 주사형 레이저현미경, 전자선 표면 형태 해석 장치 등의 광학식 표면 조도 측정기나 촉침식 표면 조도계 등의 접촉식 표면 조도 측정기를 사용할 수 있다.
상기 「홈 (a)」는 연마 패드의 연마면 측으로 개방된다. 이 홈 (a)는 연마시에 공급되는 슬러리를 유지하고, 이 슬러리를 연마 면에 보다 균일하게 분배하는 기능을 갖는다. 또한, 연마에 의해 생긴 연마 잔류물이 폐 슬러리 등의 폐기물을 일시적으로 체류시키고 이 폐기물을 외부로 배출하기 위한 배출 경로가 되는 기능을 갖는다.
상기 홈 (a)는 환형, 격자형 및 나선형으로부터 선택되는 형상일 수 있고, 이들이 단독으로 구비된 연마 패드일 수도 있고, 조합된 연마 패드일 수도 있다.
상기 홈 (a)가 환형인 경우에는, 그 평면 형상은 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 원형, 다각형 (삼각형, 사각형, 오각형 등), 타원형 등으로 할 수 있다. 또한 홈의 수는 바람직하게는 2개 이상이다. 또한 이들 홈의 배치도 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 복수의 홈 (12)가 동심형 (동심원형 등)으로 배치된 것 (도 1 참조), 복수의 홈 (12)가 편심하여 배치된 것 (도 2 참조), 1개의 환형의 홈으로 둘러싸인 부분의 내측에 복수의 다른 환형의 홈이 배치된 것 등으로 할 수 있다. 이들 중에서도 복수의 홈이 동심형으로 배치된 것이 바람직하고, 또한 동심원형 (복수의 원형의 홈이 동심형으로 배치된 상태)으로 배치되어 있는 연마 패드가 보다 바람직하다. 홈이 동심형으로 배치되어 있는 연마 패드는 다른 것과 비교하여 상기 기능이 보다 우수하고 또한 동심원형인 것에 의해 상기 기능이 보다 우수하고, 또한 홈의 제조도 보다 용이하다.
한편, 홈의 폭 방향에 있어서 단면 형상은 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 평탄한 측면과 바닥면에 의해 형성된 형상 (개구측과 바닥부측의 각각의 폭 방향의 치수는 동일할 수 있고, 개구측이 바닥부측보다 치수가 클 수 있고 바닥부측이 개구측보다 치수가 클 수 있다), U자 형상, V자 형상 등으로 할 수 있다.
상기 홈 (a)가 환형인 경우의 단면의 크기는 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 홈의 폭 (도 3에 있어서의 22)은 바람직하게는 0.1 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3 mm 이다. 폭이 0.1 mm 미만인 홈을 형성하는 것은 곤란할 경우가 있다. 또한 홈의 깊이는 바람직하게는 0.1 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 2.5 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2.0 mm 이다. 홈의 깊이가 0.1 mm 미만이면 연마 패드의 수명이 지나치게 짧아지기 때문에 바람직하지 않다. 또한 홈의 깊이는 위치에 따라 다를 수 있다.
또한, 인접하는 홈의 사이의 최소 길이 (도 3에 있어서의 23)는 바람직하게는 0.05 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 mm이다. 이 최소 길이가 0.05 mm 미만인 홈을 형성하는 것은 곤란한 경우가 있다. 또한 홈의 폭과 인접하는 홈 부분의 사이의 길이의 합인 피치 (도 3에 있어서의 21)는 바람직하게는 0.15 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.15 내지 105 mm, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 13 mm, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.2 mm이 다.
상기 각 바람직한 범위는 각각을 조합할 수 있다. 즉, 예를 들면 폭이 0.1 mm 이상, 깊이가 0.1 mm 이상 또한 상기 최소 길이가 0.05 mm 이상인 것이 바람직하고, 폭이 0.1 내지 5 mm, 깊이가 0.1 내지 2.5 mm 또한 상기 최소 길이가 0.05 내지 100 mm인 것이 보다 바람직하고, 폭이 0.2 내지 3 mm, 깊이가 0.2 내지 2.0 mm 또한 상기 최소 길이가 0.1 내지 10 mm인 것이 더욱 바람직하다.
연마 패드의 연마면측에 형성된 환형의 홈의 폭, 깊이 등은 각 홈에 있어서 동일 또는 상이할 수 있다.
상기 홈 (a)가 격자형인 경우에는, 하나의 연속된 홈에 의해 형성될 수 있고, 2개 이상의 불연속적인 홈에 의해 형성될 수도 있다. 또한 격자를 구성하는 하나의 패턴의 평면 형상은 특별히 한정되지 않고 여러가지 다각 형태로 할 수 있다. 이 다각 형태로서는 예를 들면 정방형 (도 4 참조), 직사각형, 사다리꼴, 마름모형 (도 5 참조) 등의 사각형, 삼각형 (도 6 참조), 오각형, 육각형 등으로 할 수 있다. 한편, 홈의 단면 형상은 환형의 경우와 동일하게 할 수 있다.
또한, 상기 홈 (a)가 격자형인 경우의 단면의 크기는 환형의 경우와 동일하게 할 수 있다.
격자를 구성하는 하나의 패턴의 평면 형상이 사각형인 경우, 인접하는 홈 사이의 최소 길이 (도 3에 있어서의 23)는 바람직하게는 0.05 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 mm이다. 이 최소 길이가 0.05 mm 미만인 격자형의 홈을 형성하는 것이 곤란한 경우가 있다. 또한, 홈의 폭과 인접하는 홈 사이의 길이의 합인 피치 (도 3에 있어서의 21)는 세로 방향 및 가로 방향 모두 바람직하게는 0.15 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.15 내지 105 mm, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 13 mm, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.2 mm이다. 단, 세로 방향의 피치와 가로 방향의 피치는 동일 또는 상이할 수 있다. 또한 상기 사각 형태가 마름모형인 경우에는 2조가 마주보는 평행한 변끼리의 길이 중 보다 짧은 것을 최소 길이로 한다.
이들 홈의 크기에 관한 바람직한 범위는 각각을 조합할 수 있다. 즉, 예를 들면 폭이 0.1 mm 이상, 깊이가 0.1 mm 이상 또한 상기 최소 길이가 0.05 mm 이상인 것이 바람직하고, 폭이 0.1 내지 5 mm, 깊이가 0.1 내지 2.5 mm 또한 상기 최소 길이가 0.05 내지 100 mm인 것이 보다 바람직하고, 폭이 0.2 내지 3 mm, 깊이가 0.2 내지 2.0 mm 또한 상기 최소 길이가 0.1 내지 10 mm인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 격자를 구성하는 하나의 패턴의 평면 형상이 삼각형인 경우, 삼각형의 가장 작은 변의 길이는 바람직하게는 0.05 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 mm이다. 가장 작은 변의 길이가 0.05 mm 미만인 격자형의 홈을 형성하는 것이 곤란한 경우가 있다.
이러한 홈의 크기에 관한 바람직한 범위는 각각을 조합할 수 있다. 즉, 예를 들면 폭이 0.1 mm 이상, 깊이가 0.1 mm 이상 또한 가장 작은 변의 길이가 0.05 mm 이상인 것이 바람직하고, 폭이 0.1 내지 5 mm, 깊이가 0.1 내지 2.5 mm 또한 가장 작은 변의 길이가 0.05 내지 100 mm인 것이 보다 바람직하고, 폭이 0.2 내지 3 mm, 깊이가 0.2 내지 2.0 mm 또한 가장 작은 변의 길이가 0.1 내지 10 mm인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 격자를 구성하는 하나의 패턴의 평면 형상이 육각형인 경우, 마주 보는 평행한 변끼리의 길이 중 가장 짧은 것인 최소 길이는, 바람직하게는 0.05 mm 이상이고, 보다 바람직하게는 0.05 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 mm이다. 이 최소 길이가 0.05 mm 미만인 격자형의 홈을 형성하는 것이 곤란한 경우가 있다.
상기 각각의 바람직한 범위는 각각을 조합할 수 있다. 즉 예를 들면 폭이 0.1 mm 이상, 깊이가 0.1 mm 이상 또한 상기 최소 길이가 0.05 mm 이상인 것이 바람직하고, 폭이 0.1 내지 5 mm, 깊이가 0.1 내지 2.5 mm 또한 상기 최소 길이가 0.05 내지 100 mm인 것이 보다 바람직하고, 폭이 0.2 내지 3 mm. 깊이가 0.2 내지 2.0 mm 또한 상기 최소 길이가 0.1 내지 10 mm인 것이 더욱 바람직하다.
연마 패드의 연마면측에 형성된 격자형의 홈은, 폭이나 깊이 등이 동일한 1종의 홈으로부터 형성될 수도 있고, 폭이나 깊이 등이 다른 2종 이상의 홈이 조합에 의해 형성될 수도 있다. 또한 연마면에는 격자를 구성하는 1개의 패턴의 평면 형상이 동일한 1종의 격자형의 홈만을 구비할 수도 있고, 다른 평면 형상의 2종 이상의 격자형의 홈을 구비할 수도 있다.
상기 홈 (a)가 나선형인 경우에는 1개의 연속된 홈 (12)에 의해 형성된 것 (도 7 참조)일 수도 있고, 서로 그 나선의 방향이 다른 2개의 나선형의 홈 (12a) 및 (12b)로 이루어지는 것 (도 8 참조)일 수도 있다. 또한 나선 방향이 동일한 2개의 나선형의 홈으로 이루어지는 것일 수도 있고, 3개 이상의 서로에 대한 나선의 방향 이 동일 또는 상이한 나선형의 홈으로 이루어지는 것일 수도 있다. 또한 홈의 단면 형상은 환형 등인 경우와 동일하게 할 수 있다.
또한 상기 홈 (a)가 나선형인 경우의 단면의 크기는, 환형의 경우와 동일하게 할 수 있다. 또한, 인접하는 홈 사이의 최소 길이 및 피치도 환형인 경우와 동일하게 할 수 있다.
연마 패드의 연마면측에 형성된 나선형의 홈의 폭, 깊이 등은 모든 부분에 걸쳐 동일할 수도 있고, 변화하고 있을 수도 있다. 또한 이 홈이 2개 이상인 경우는 각각의 홈의 폭, 깊이 등이 동일 또는 상이할 수 있다.
상기 「오목부 (b)」는 연마 패드의 연마면측으로 개방된다. 또한 상기 「관통공 (c)」는 연마 패드의 연마면측 및 그 반대면의 양면으로 개방된다. 이 오목부 (b) 또는 관통공 (c) (이하, 「오목부 등」이라 할 수 있음)는 연마시에 공급되는 슬러리를 유지하고, 슬러리를 연마면에 의해 균일하게 분배하는 기능을 갖는다. 또한 연마에 의해 발생한 연마 잔류물이나 폐 슬러리 등의 폐기물을 일시적으로 체류시키고 이 폐기물을 외부로 배출하기 위한 배출 경로가 되는 기능을 갖는다. 또한 연마 패드에 관통공을 갖는 경우이어도 연마 장치의 정반에 가압 등에 의해 고정됨으로써 슬러리가 관통공을 통해 연마에 제공되지 않고 유출되는 일은 없다.
이 오목부 등의 평면 형상은 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 원형, 다각형 (삼각형, 사각형, 오각형 등), 타원형 등으로 할 수 있다. 또한 연마면에서의 오목부 등의 배치도 한정되지 않지만 연마면의 전체 면에 걸쳐 균등하게 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이 오목부 등을 갖는 연마 패드의 구체적인 예로서는 그 연마면에 평면 형상이 원형의 오목부 (13) 등이 균등하게 개방되어 있는 것 (도 9 참조)을 들 수 있다. 또한 오목부 등의 단면 형상은 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 평탄한 측면과 바닥면에 의해 형성된 형상 (오목부인 경우, 개구측과 바닥부측의 각각의 횡단면 방향의 치수는 동일할 수 있고, 개구측이 바닥부측보다 치수가 클 수 있고, 바닥부측이 개구측보다 치수가 클 수 있다. 또한 관통공인 경우, 한편의 개구측과 다른 쪽의 개구측의 각각의 횡단면 방향의 치수는 동일할 수 있고, 연마면측의 치수가 클 수 있고, 반대면측의 치수가 클 수도 있음), U자 형상, V자 형상 등으로 할 수 있다.
이 오목부 등의 크기는 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 평면 형상이 원형인 경우는 그 직경이, 다각형, 타원형 등인 경우는 개구부의 최소 치수 (도 10에 있어서의 25)는 0.1 mm 이상 (보다 바람직하게는 0.1 내지 5 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3 mm)인 것이 바람직하다. 통상, 직경 또는 최소 치수가 0.1 mm 미만인 오목부 등을 형성하는 것은 곤란해지는 경향이 있다. 또한 오목부 등의 깊이는 0.1 mm 이하 (보다 바람직하게는 0.1 내지 2.5 mm, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 2.0 mm)인 것이 바람직하다. 오목부 등의 깊이가 0.1 mm 미만이면 연마 패드의 수명이 지나치게 짧아지기 때문에 바람직하지 않다. 또한 오목부 등의 간격은 인접하는 오목부 등의 사이의 최소 길이 (도 10에 있어서의 26)가 0.05 mm 이상 (보다 바람직하게는 0.05 내지 100 mm, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 mm)인 것이 바람직하다. 이 최소 길이가 0.05 mm 미만인 오목부 등을 형성하는 것은 곤란해지는 경향이 있다. 또한 오목부 등의 개구부의 최소 치수와 인접하는 오목부 등의 사이의 길이와의 합인 피치 (도 10에 있어서의 24)는 0.15 mm 이상 (보다 바람직하게는 0.15 내지 105 mm, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 13 mm, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.2 mm)인 것이 바람직하다.
상기 각 바람직한 범위는 각각을 조합할 수 있다. 즉, 예를 들면 개구부의 최소 치수가 0.1 mm 이상, 깊이가 0.1 mm 이상 또한 인접하는 오목부 등의 사이의 최소 길이가 0.05 mm 이상인 것이 바람직하고, 개구부의 최소 치수가 0.1 내지 5 mm, 깊이가 0.1 내지 2.5 mm 또한 인접하는 오목부 등의 사이의 최소 길이가 0.05 내지 100 mm인 것이 보다 바람직하고, 개구부의 최소 치수가 0.2 내지 3 mm, 깊이가 0.2 내지 2.0 mm 또한 인접하는 오목부의 사이의 최소 길이가 0.1 내지 10 mm인 것이 더욱 바람직하다.
이 오목부 등은 연마 패드 표면의 개구부의 면적이 0.0075 mm2 이상 (바람직하게는 0.01 mm2 이상, 보다 바람직하게는 1 mm2 이상, 통상 100 mm2 이하)이다. 개구부의 면적이 0.0075 mm2 이상인 것에 의해, 연마시에 공급되는 슬러리를 충분히 유지할 수 있고 연마에 의해 생긴 연마 잔류물이나 폐 슬러리 등의 폐기물의 일시적인 체류, 및 이 폐기물의 외부로의 배출을 용이하게 수행할 수 있다.
연마면측 등으로 개방된 오목부 등의 각각의 평면 형상, 개구부의 최소 치수, 깊이 등은 동일할 수도 있고 변화할 수도 있다. 또한 이 오목부 등은 연마면의 전체 면에 균등한 간격으로 형성할 수 있고, 균등하게 형성되지 않아도 좋지만 안정된 연마를 수행하기 위해서는 균등하게 형성되는 것이 바람직하다. 본 발명의 연마 패드는 오목부 등 이외에도 상기 각종 형상의 홈을 구비할 수 있다.
본 발명의 연마 패드는, 연마 패드로서의 기능을 발휘할 수 있는 것이라면 어떤 것으로도 구성되어 있을 수 있다. 그러나 연마 패드로서의 기능 중에서도 특별히 연마시에 슬러리를 유지하고, 연마 잔류물을 일시적으로 체류시키는 등의 기능을 갖는 공극이 연마시까지 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이 때문에, 수용성 입자와 수용성 입자가 분산된 비수용성 매트릭스를 구비하거나 또는 공공 (空孔)이 분산되어 형성된 비수용성 매트릭스 (발포체 등)을 구비하는 것이 바람직하다.
이 중, 전자는 수용성 입자가 연마시에 슬러리 (매체분과 고형분을 함유함)의 수계 매체분과 접촉하고, 용해 또는 팽윤하여 이탈한다. 그리고 이탈에 의해 형성된 공극에 슬러리가 유지된다. 한편 후자는 공공으로서 미리 형성되어 있는 공극에 슬러리가 유지된다.
상기 「비수용성 매트릭스」를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 소정의 형상 및 성상으로의 성형이 용이하고, 적절한 경도나 적절한 탄성 등을 부여할 수 있다는 등으로부터 통상 유기 재료를 사용한다. 이 유기 재료로서는 열가소성 수지, 엘라스토머, 고무 (가교 고무) 및 경화성 수지 (열경화성 수지, 광경화성 수지 등, 열, 빛 등에 의해 경화된 수지) 등을 단독으로 또는 조합하여 사용할 수 있다.
이 중, 열가소성 수지로서는 1,2-폴리부타디엔 수지, 폴리에틸렌 등의 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리아크릴계 수지 {(메트)아크릴레이트계 수 지 등}, 비닐에스테르계 수지 (아크릴계 수지 제외), 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 폴리불화비닐리덴 등의 불소 수지, 폴리카르보네이트 수지, 폴리아세탈 수지 등을 들 수 있다.
엘라스토머로서는 1,2-폴리부타디엔 등의 디엔계 엘라스토머, 폴리올레핀계 엘라스토머 (TPO), 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 (SBS), 그의 수소 첨가 블록 공중합체 (SEBS) 등의 스티렌계 엘라스토머, 열가소성 폴리우레탄계 엘라스토머 (TPU), 열가소성 폴리에스테르계 엘라스토머 (TPEE), 폴리아미드계 엘라스토머 (TPAE) 등의 열가소성 엘라스토머, 실리콘 수지계 엘라스토머, 불소 수지계 엘라스토머 등을 들 수 있다.
고무로서는 부타디엔계 고무 (고-시스 부타디엔 고무, 저-시스 부타디엔 고무 등), 이소프렌계 고무, 스티렌-부타디엔계 고무, 스티렌-이소프렌계 고무 등의 공액 디엔계 고무, 아크로니트릴-부타디엔계 고무 등의 니트릴계 고무. 아크릴계 고무, 에틸렌-프로필렌계 고무, 에틸렌-프로필렌-디엔계 고무 등의 에틸렌-α-올레핀계 고무 및 부틸고무나, 실리콘 고무, 불소 고무 등의 그 밖의 고무를 들 수 있다.
경화성 수지로서는 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 불포화 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄-요소계 수지, 요소계 수지, 규소계 수지, 페놀계 수지, 비닐에스테르계 수지 등을 들 수 있다.
또한, 이러한 유기 재료는 산무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 아미노기 등에 의해 변성된 것일 수도 있다. 변성에 의해 후술하는 수용성 입자나 슬러리와의 친화성을 조절할 수 있다.
이러한 유기 재료는 1종만을 사용할 수도, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
또한, 이러한 유기 재료는 그의 일부 또는 전부가 가교된 가교 중합체일 수 도 있고 비가교 중합체일 수도 있다. 따라서 비수용성 매트릭스는 가교 중합체만으로 이루어질 수도 있고, 가교 중합체와 비가교 중합체와의 혼합물일 수도 있고, 비가교 중합체만으로 이루어질 수도 있다. 그러나 가교 중합체를 함유하는 것 (가교 중합체만, 또는 가교 중합체와 비가교 중합체와의 혼합물)이 바람직하다. 가교 중합체를 함유함으로써 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 내면의 표면 조도 (Ra)를 쉽게 20 ㎛ 이하로 할 수 있음과 동시에 비수용성 매트릭스에 탄성 회복력이 부여되어, 연마시에 연마 패드에 걸리는 전단 응력에 의한 변위를 작게 억제할 수 있다. 또한 연마시 및 드레싱시에 비수용성 매트릭스가 과도하게 늘어나게 되고 소성 변형하여 공극이 메워지는 것, 또한 연마 패드 표면이 과도하게 보풀이 생기는 것 등을 효과적으로 억제할 수 있다. 따라서, 드레싱시에도 공극이 효율적으로 형성되고, 연마시의 슬러리의 유지성의 저하를 방지할 수 있고, 또한 보풀이 적고 연마 평탄성을 저해하지 않는다. 또한 상기 가교를 행하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 유기 과산화물, 유황, 유황 화합물 등을 사용한 화학 가교, 전자선 조사 등에 의한 방사선 가교 등에 의해 수행할 수 있다.
이 가교 중합체로서는 상기 유기 재료 중에서도 가교 고무, 경화 수지, 가교된 열가소성 수지 및 가교된 엘라스토머 등을 사용할 수 있다. 또한, 이들 중에서도, 많은 슬러리 중에 함유되는 강산이나 강알칼리에 대하여 안정하고, 또한 흡수 에 의한 연화가 적은 것으로부터 가교 열가소성 수지 및(또는) 가교 엘라스토머가 바람직하다. 또한 가교 열가소성 수지 및 가교 엘라스토머 중에서도 유기 과산화물을 사용하여 가교된 것이 특히 바람직하고, 또한 가교 1,2-폴리부타디엔이 보다 바람직하다. 이에 따라 표면 조도 (Ra)가 20 ㎛ 이하인 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)를 쉽게 형성할 수 있다.
이들 가교 중합체의 함유량은 특별히 한정되지 않지만, 비수용성 매트릭스 전체의 30 체적％ 이상 (보다 바람직하게는 50 체적％ 이상, 더욱 바람직하게는 70체적％ 이상, 100 체적％일 수도 있음)인 것이 바람직하다. 비수용성 매트릭스 중의 가교 중합체의 함유량이 30 체적％ 미만이면 가교 중합체를 함유하는 효과를 충분히 발휘시킬 수 없는 경우가 있다.
가교 중합체를 함유하는 비수용성 매트릭스는, JIS K 6251에 준하여 비수용성매트릭스로 이루어지는 시험편을 80 ℃에서 파단시킨 경우에, 파단 후에 잔류하는 신도 (이하, 「파단 잔류 신도」라 약칭함)를 100 ％ 이하로 할 수 있다. 즉, 파단 후의 표선간 합계 거리가 파단 전의 표선간 거리의 2 배 이하가 된다. 이 파단 잔류 신도는 30 ％ 이하 (더욱 바람직하게는 10 ％ 이하, 특히 바람직하게는 5 ％ 이하, 통상 0 ％ 이상)인 것이 보다 바람직하다. 파단 잔류 신도가 100 ％를 초과하면, 연마시 및 드레싱시에 연마 패드 표면으로부터 긁혀진, 또는 인장된 미세한 단편이 공극을 막기 쉬워지는 경향이 있어 바람직하지 않다. 또한 이「파단 잔류 신도」란 JIS K 6251 「가황 고무의 인장 시험 방법」에 준하여 시험편 형상 아령형 3호 형태, 인장 속도 500 mm/분, 시험 온도 80 ℃로 인장 시험에 있어서 시 험편을 파단시킨 경우에, 파단 분할된 시험편의 각각의 표선으로부터 파단부까지의 합계 거리에서, 시험 전의 표선간 거리를 뺀 거리의 신장율이다. 또한 실제의 연마에 있어서는 슬라이딩에 의해 발열하기 때문에 온도 80 ℃에 있어서의 시험이다.
상기 「수용성 입자」는 연마 패드 중에 있어서 수계 분산체인 슬러리와 접촉함으로써 비수용성 매트릭스로부터 이탈하는 입자이다. 이 이탈은 슬러리 중에 함유되는 물 등과의 접촉에 의해 용해하는 것으로 발생할 수 있고, 이 물 등을 함유하여 팽윤하고 겔상이 되는 것으로 발생되는 것일 수 있다. 또한, 이 용해 또는 팽윤은 물에 의한 것 뿐만 아니라 메탄올 등의 알코올계 용제를 함유하는 수계 혼합 매체와의 접촉에 의한 것일 수 있다.
이 수용성 입자는, 공극을 형성하는 효과 이외에도 연마 패드 중에 있어서는, 연마 패드의 압입 경도를 크게 하고, 가압에 의한 피연마면의 압입량을 작게 하는 효과를 갖는다. 즉, 예를 들면 수용성 입자를 함유함으로써 본 발명의 연마 패드의 쇼어 D 경도는 35 이상 (보다 바람직하게는 50 내지 90, 더욱 바람직하게는 60 내지 85, 통상 100 이하)으로 할 수 있다. 쇼어 D 경도가 35 이상이면, 피연마체에 부하할 수 있는 압력을 크게 할 수 있고 이에 따라 연마 속도를 향상시킬 수 있다. 또한 높은 연마 평탄성이 얻어진다. 따라서 이 수용성 입자는 연마 패드에 있어서 충분한 압입 경도를 확보할 수 있는 고형체인 것이 특히 바람직하다.
이 수용성 입자를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 유기계 수용성 입자 및 무기계 수용성 입자를 들 수 있다. 유기계 수용성 입자로서는 당류 (전분, 덱스트린 및 시클로덱스트린 등의 다당류, 젖당, 맨니트 등), 셀룰로 오스류 (히드록시프로필셀룰로오스, 메틸셀룰로오스 등), 단백질, 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산 및 그의 염, 폴리에틸렌옥시드, 수용성의 감광성 수지, 술폰화 폴리이소프렌, 술폰화 폴리이소프렌 공중합체에서 형성된 것을 들 수 있다. 또한, 무기계 수용성 입자로서는 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨, 질산마그네슘 등으로부터 형성된 것을 들 수 있다. 이들 수용성 입자는 상기 각 재료를 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 또한, 소정의 재료로 이루어지는 1종의 수용성 입자일 수도 있고, 다른 재료로 이루어지는 2종 이상의 수용성 입자일 수도 있다.
또한 수용성 입자의 평균 입경은 0.1 내지 500 ㎛ (보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 50 ㎛)로 하는 것이 바람직하다. 즉, 공극의 크기는 0.1 내지 500 ㎛ (보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛, 더욱 바람직하게는 1 내지 50 ㎛)인 것이 바람직하다. 수용성 입자의 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만이면, 형성되는 공극의 크기가 사용하는 연마제보다 작아지기 때문에 슬러리를 충분히 유지할 수 있는 연마 패드를 얻기 어려워지는 경향이 있다. 한편, 500 ㎛를 초과하면, 형성되는 공극의 크기가 과대해져 얻어지는 연마 패드의 기계적 강도 및 연마 속도가 저하되는 경향이 있다.
이 수용성 입자는 함유되지 않을 수 있지만, 이것을 함유하는 경우의 함유량은 비수용성 매트릭스와 수용성 입자의 합계를 100 체적％로 한 경우에, 수용성 입자는 0.1 내지 90 체적％ (보다 바람직하게는 10 내지 60 체적％, 더욱 바람직하게는 20 내지 40 체적％)인 것이 바람직하다. 수용성 입자의 함유량이 0.1 체적％ 미만이면, 얻어지는 연마 패드에 있어서 공극이 충분히 형성되지 않고 연마 속도가 저하되는 경향이 있다. 한편, 90 체적％를 초과하여 수용성 입자를 함유하는 경우는, 얻어지는 연마 패드에 있어서 연마 패드 내부에 존재하는 수용성 입자가 팽윤 또는 용해하는 것을 충분히 방지하기 어려워지는 경향이 있고, 연마 패드의 경도 및 기계적 강도를 적정한 값으로 유지하기 어려워 진다.
또한, 수용성 입자는 연마 패드 내에서 표층에 노출한 경우에만 물에 용해되고, 연마 패드 내부에서는 흡습하거나 팽윤하지 않는 것이 바람직하다. 이를 위해, 수용성 입자는 최외부의 적어도 일부에 흡습을 억제하는 외피를 구비할 수 있다. 이 외피는 수용성 입자에 물리적으로 흡착하거나 수용성 입자와 화학 결합하거나, 또한 이 모두에 의해 수용성 입자에 접할 수 있다. 이러한 외피를 형성하는 재료로서는 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리실리케이트 등을 들 수 있다. 또한 이 외피는 수용성 입자의 일부에만 형성되어도 충분히 상기 효과를 얻을 수 있다.
상기 비수용성 매트릭스는, 수용성 입자와의 친화성 및 비수용성 매트릭스 중에 있어서 수용성 입자의 분산성을 제어하기 위해서 상용화제를 함유할 수 있다. 상용화제로서는 산무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기 및 아미노기 등에 의해 변성된 중합체, 블록 공중합체, 및 랜덤 공중합체, 또한 여러가지의 비이온계 계면활성제, 커플링제 등을 들 수 있다.
또한, 비수용성 매트릭스는, 상기 상용화제 이외에도, 종래부터 슬러리에 함유되고 있는 연마제, 산화제, 알칼리 금속의 수산화물, 산, pH 조절제, 계면활성제 및 스크래치 방지제 등의 1종 또는 2종 이상을 함유할 수 있다. 또한 이 비수용성 매트릭스는 사용시에 산을 생성하는 염을 함유할 수도 있다. 이에 따라 연마시에 물만을 공급하여 연마를 수행할 수도 있다.
상기 연마제로서는, 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아 및 티타니아 등으로 이루어지는 입자를 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 산화제로서는, 과산화수소, 과아세트산, 과벤조산, tert-부틸히드로퍼옥시드 등의 유기 과산화물, 과망간산 칼륨 등의 과망간산 화합물, 중크롬산 칼륨 등의 중크롬산 화합물, 요오드산 칼륨 등의 할로겐산 화합물, 질산 및 질산철 등의 질산 화합물, 과염소산 등의 과할로겐산 화합물, 과황산암모늄 등의 과황산염, 및 헤테로폴리산 등을 들 수 있다.
이러한 산화제 중에서는, 분해 생성물이 무해한 과산화수소 및 유기 과산화물 이외에 과황산암모늄 등의 과황산염이 특히 바람직하다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 알칼리 금속의 수산화물로서는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐 및 수산화세슘 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 산으로서는 유기산 및 무기산을 들 수 있다. 이 중 유기산으로서는 파라톨루엔술폰산, 도데실벤젠술폰산, 이소프렌술폰산, 글루콘산, 락트산, 시트르산, 타르타르산, 말산, 글리콜산, 말론산, 포름산, 옥살산, 숙신산, 푸마르산, 말레산 및 프탈산 등을 들 수 있다. 또한 무기산으로서는 질산, 염산 및 황산 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 염으로서는 상기 산의 암모늄염, 나트륨염, 칼륨염 등의 알칼리 금속염, 칼슘염, 마그네슘염 등의 알칼리 토류 금속염 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제로서는 양이온계 계면활성제 및 음이온계 계면활성제 등을 들 수 있다. 이 중 음이온계 계면활성제로서는 지방산 비누, 알킬에테르카르복실산염 등의 카르복실산염, 알킬벤젠술폰산염, 알킬나프탈렌술폰산염, α-올레핀술폰산염 등의 술폰산염, 고급 알코올 황산에스테르염, 알킬에테르황산염, 폴리옥시에틸렌알킬페닐에테르황산염 등의 황산에스테르염, 알킬인산에스테르염 등의 인산에스테르염 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
상기 스크래치 방지제로서는 비페놀, 비피리딜, 2-비닐피리딘 및 4-비닐피리딘, 살리실알독심, o-페닐렌디아민 및 m-페닐렌디아민, 카테콜, o-아미노페놀, 티오요소, N-알킬기 함유 (메트)아크릴아미드, N-아미노알킬기 함유 (메트)아크릴아미드, 7-히드록시-5-메틸-1,3,4-트리아자인돌리진, 5-메틸-1H-벤조트리아졸, 프탈라진, 멜라민 및 3-아미노-5,6-디메틸-1,2,4-트리아진 등을 들 수 있다. 이들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
또한 비수용성 매트릭스는 상기 상용화제, 상기 종래부터 슬러리에 함유되고 있는 각종 재료 이외에 충전제, 연화제, 산화 방지제, 자외선 흡수제, 대전 방지제, 윤활제, 가소제 등의 각종의 첨가제를 함유할 수 있다. 이 중 충전제로서는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 활석, 점토 등의 강성을 향상시키는 재료, 및 실리카, 알 루미나, 세리아, 지르코니아, 산화티탄, 이산화망간, 삼산화이망간, 탄산바륨 등의 연마 효과를 구비하는 재료 등을 이용할 수 있다.
본 발명의 연마 패드의 형상은 특별히 한정되지 않지만 예를 들면, 원반형, 벨트형, 롤러형 등으로 할 수 있고, 연마 장치에 따라서 적절하게 선택하는 것이 바람직하다. 또한, 사용 전에 있어서의 연마 패드의 크기도 특별히 한정되지 않지만 원반형의 연마 패드로서는 예를 들면 직경 0.5 내지 500 cm (또한 1.0 내지 250 cm, 특히 20 내지 200 cm), 두께 0.1 mm 초과 100 mm 이하 (특히 1 내지 10 mm)로 할 수 있다.
본 발명의 연마 패드의 제조 방법은 특별히 한정되지 않고, 연마 패드가 갖는 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 형성 방법도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면 미리 연마 패드가 되는 연마 패드용 조성물을 얻어, 이 조성물을 목적하는 대강의 형태로 성형한 후, 절삭 가공에 의해 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)을 형성할 수 있다. 또한 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)가 되는 패턴이 형성된 금형을 이용하여 연마 패드용 조성물을 금형 성형함으로써 대강의 형태의 연마 패드와 함께 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)를 동시에 형성할 수 있다. 이러한 금형 성형 및 절삭 가공을 조합할 수도 있다. 또한 이러한 절삭 가공 및 금형 성형에 의하면 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 내면의 표면 조도 (Ra)를 쉽게 20 ㎛ 이하로 할 수 있다. 또한 연마 패드가 발포체 등의 비수용성 매트릭스 중에 공공이 분산된 것인 경우, 금형 성형으로는 통상적으로 표면에 스킨층이 형성되어 공극이 형성되지 않기 때문에 연마 패드로서 이용할 수 없다.
또한 연마 패드용 조성물을 얻는 방법은 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 소정의 유기 재료 등의 필요한 재료를 혼련기 등에 의해 혼련하여 얻을 수 있다. 혼련기로서는 종래부터 공지된 것을 사용할 수 있다. 예를 들면 롤, 니이더, 밴버리 믹서, 압출기 (단축, 다축) 등의 혼련기를 들 수 있다.
또한, 수용성 입자를 함유하는 연마 패드를 얻기 위한 수용성 입자를 함유하는 연마 패드용 조성물은 예를 들면 비수용성 매트릭스, 수용성 입자 및 그 밖의 첨가제 등을 혼련하여 얻을 수 있다. 단, 통상적으로 혼련시에는 가공하기 쉽도록 가열하여 혼련되지만 이 때의 온도에 있어서 수용성 입자는 고체인 것이 바람직하다. 수용성 입자가 고체인 경우, 비수용성 매트릭스와의 상용성의 크기에 상관 없이 수용성 입자를 상기한 바람직한 평균 입경으로 분산시킬 수 있다. 따라서 사용하는 비수용성 매트릭스의 가공 온도에 따라, 수용성 입자의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.
본 발명의 복층형 연마 패드는 연마면측에 형성되고, 또한 환형, 격자형 및 나선형으로부터 선택되는 1종 이상의 형상의 홈 (a), 오목부 (b), 및 연마층의 표리를 관통하는 관통공 (c)로부터 선택되는 적어도 1개의 부위를 가지고, 상기 부위의 내면의 표면 조도 (Ra)가 20 ㎛ 이하인 연마층과, 상기 연마층의 비연마면측에 배치된 지지층을 구비하는 것이다. 그 형태로서는 (1) 환형, 격자형 및 나선형으로부터 선택되는 홈 (a)를 가지고, 그 내면의 표면 조도 (Ra)가 20 ㎛ 이하인 연마층과, 연마층의 비연마면측에 배치된 지지층을 구비하는 것, (2) 오목부 (b)를 가지고, 그 내면의 표면 조도 (Ra)가 20 ㎛ 이하인 연마층과, 연마층의 비연마면측에 배치된 지지층을 구비하는 것, (3) 관통공 (c)를 가지고, 그 내면의 표면 조도 (Ra)가 20 ㎛ 이하인 연마층과, 연마층의 비연마면측에 배치된 지지층을 구비하는 것, (4)상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)에서 선택되는 적어도 2개의 부위를 가지고, 그 내면의 표면 조도 (Ra)가 모두 20 ㎛ 이하인 연마층과, 연마층의 비연마면측에 배치된 지지층을 구비하는 것 등을 들 수 있다.
본 발명의 복층형 연마 패드에 있어서의 연마층으로서는, 상기 본 발명의 연마 패드를 적용할 수 있다.
또한 지지층은 연마층 등을 연마층의 비연마면측에서 지지하는 층이다. 이 지지층의 특성은 특별히 한정되지 않지만 연마층에 비하여 보다 연질인 것이 바람직하다. 보다 연질인 지지층을 구비함으로써 연마층의 두께가 얇은 (예를 들면 5 mm 이하) 경우이어도 연마시에 연마층이 뜨는 것이나 연마층의 표면이 만곡하는 것 등을 방지할 수 있고 안정적으로 연마를 수행할 수 있다. 이 지지층의 경도는 연마층의 경도의 90 ％ 이하 (또한 80 ％ 이하, 특히 70 ％ 이하, 통상 10 ％ 이상)인 것이 바람직하다. 또한 쇼어 D 경도에 있어서 70 이하 (보다 바람직하게는 60 이하, 더욱 바람직하게는 50 이하)인 것이 바람직하다.
또한, 지지층은 다공질체 (발포체)일 수도 비다공질체일 수도 있다. 또한, 그 평면 형상은 특별히 한정되지 않고, 연마층과 동일 또는 상이할 수 있다. 이 지지층의 평면 형상으로서는 예를 들면 원형, 다각형 (사각형 등) 등으로 할 수 있다. 또한 그 두께도 특별히 한정되지 않지만 예를 들면 0.1 내지 5 mm (더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 mm)로 할 수 있다.
지지층을 구성하는 재료도 특별히 한정되지 않지만 소정의 형상 및 성상으로의 성형이 용이하고, 적절한 탄성 등을 부여할 수 있다는 등으로부터 유기 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 유기 재료로서는 상기 연마 패드에 있어서 비수용성매트릭스를 구성하는 유기 재료를 적용할 수 있다. 단, 지지층을 구성하는 유기 재료는 가교 중합체일 수도, 비가교 중합체일 수도 있다.
이러한 본 발명의 복층형 연마 패드에 있어서는, 상기 지지층은 1층만을 구비할 수도 있고, 2층 이상을 구비할 수도 있다. 또한 이 지지층과 연마층은 직접 접하여 적층될 수도 다른 층을 통해 적층될 수도 있다. 또한, 지지층은 연마층 또는 다른 층에 접착제, 접착재 (접착 테이프 등) 등에 의해 접착될 수 있고, 부분적으로 용융됨으로써 일체적으로 접합될 수도 있다.
본 발명의 연마 패드 및 복층형 연마 패드는 종점 검출용 구멍, 창 등을 구비할 수 있다.
<실시예>
이하, 실시예를 들어 본 발명을 구체적으로 설명한다.
[1] 환형의 홈을 갖는 연마 패드
1-1. 연마 패드의 제조
<실시예 1-1>
가교되어 비수용성 매트릭스가 되는 1,2-폴리부타디엔 (JSR 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「JSR RB830」) 80 체적부와, 수용성 입자인 β-시클로 덱스트린 (요코하마 고꾸사이 바이오 겡규쇼 가부시끼가이샤 제조. 상품명 「덱시펄 β-100」, 평균 입경 20 ㎛) 20 체적부를, 160 ℃로 조절된 압출기로 혼련하고, 백색 펠릿을 얻었다. 그 후, 유기 과산화물 (닛뽄 유시 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「퍼큐밀 D-40」) 0.3 체적부를 배합하여, 120 ℃에서 추가로 혼련하고, 계속해서 혼련물을 금형 내에 압출, 170 ℃에서 18 분 가열하여 가교시키고, 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체를 얻었다. 그 후, 이 성형체의 한 측면 위에 절삭 가공기 (가또 기까이 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여, 폭이 0.5 mm, 깊이 1 mm, 피치가 1.5 mm (인접하는 홈 사이의 거리는 1 mm가 됨)인 동심원형의 홈을 형성하였다 (도 1 참조).
이어서 3차원 표면 구조 해석 현미경 (캐논 가부시끼가이샤 제조, 형식 「Zygo New View 5032」)을 사용하여 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 세가지의 상이한 시야에 있어서 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 1.8 ㎛이었다.
또한, 연마 패드의 단면의 홈이 있는 부분을 광학 현미경에 의해 확대하여 촬영하였다. 얻어진 화상을 도 11에 나타낸다.
<실시예 1-2>
가교되어 비수용성 매트릭스가 되는 1,2-폴리부타디엔 (JSR 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「JSR RB840」) 100 체적부와, β-시클로덱스트린 (요코하마 고꾸사이 바이오 겡규쇼 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「덱시펄 β-100」)에 폴리펩티드를 코팅하여 이루어지는 수용성 입자 (평균 입경 20 ㎛) 100 체적부를 160 ℃로 조절된 압출기로 혼련하고, 백색 펠릿을 얻었다. 그 후, 이 백색 펠릿에 유기 과산화물 (닛본 유시 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「퍼헥신 25B」) 0.3 체적부를 배합 하여 120 ℃에서 추가로 혼련하여 백색 펠릿을 얻었다. 이어서, 유기 과산화물이 첨가된 이 백색 펠릿을 금형 내에 넣고, 190 ℃에서 10 분 가열하고 가교시켜 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체를 얻었다. 그 후, 이 성형체의 한 측면 위에 실시예 1-1과 동일 절삭 가공기를 사용하여 폭이 0.5 mm, 깊이가 0.5 mm, 피치가 1.2 mm (인접하는 홈의 사이의 길이는 0.7 mm가 됨)인 동심원형의 홈을 형성하였다.
계속해서, 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 1-1과 동일하게 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 1.5 ㎛이었다.
<비교예 1-1>
폭이 0.25 mm, 깊이가 0.4 mm, 피치가 1.5 mm의 환형의 홈을 갖는 발포 폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」)의 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 1-1과 동일하게 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 30 ㎛이었다.
또한, 연마 패드의 홈이 있는 부분의 단면을 광학 현미경에 의해 확대하여 촬영하였다. 얻어진 화상을 도 12에 나타낸다.
1-2. 연마 성능 등의 평가
실시예 1-1, 1-2 및 비교예 1-1의 연마 패드를 각각 연마 장치 (SFT사 제조, 형식 「랩마스터 LM-15」)의 정반상에 장착하고 정반의 회전수 50 rpm, 3배로 희석한 화학 기계 연마용 슬러리 (JSR 가부시끼가이샤, 품명 「CMS 1101」)을 유량 100 cc/분의 조건으로, Si02막 웨이퍼를 2분간 연마하여 각각의 연마 패드를 사용한 경우의 연마 속도, 스크래치의 유무, 이물질의 유무 및 공극의 상태를 평가하였다. 각각의 측정 방법은 이하에 의한다.
(1) 연마 속도: 광학식 막 두께 측정기에 의해 연마 전후의 막 두께를 측정하고 이들 막 두께로부터 산출하였다.
(2) 스크래치 및 이물질의 유무: 연마 후의 실리카막 웨이퍼의 연마면을 전자 현미경에 의해 관찰하여 확인하였다.
스크래치의 유무의 평가 기준은 ○: 스크래치가 확인되지 않음, ×: 스크래치가 확인됨, 이다. 또한 이물질의 유무의 평가 기준은 ○: 이물질이 확인되지 않음, ×: 이물질이 확인됨, 이다.
(3) 공극의 상태: 연마 패드의 표면을 #400의 다이아몬드 연마제로 5분간 연삭하여 드레싱하고, 그 후 드레싱된 표면의 공극의 상태를 전자 현미경에 의해 관찰하였다.
평가 기준은 ○: 실질적으로 모든 공극이 개방되어 있음, ×; 일부의 공극이 막혀있음, 이다.
이상, (1) 내지 (3)의 결과를 표 1에 병기한다.
| 표면 조도 Ra (㎛) | 연마 속도 (nm/분) | 스크래치의 유무 | 이물질의 유무 | 공극의 상태 | |
| 실시예 1-1 | 1.8 | 200 | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 1-2 | 1.5 | 250 | ○ | ○ | ○ |
| 비교예 1-1 | 30 | 50 | × | × | × |
표면 조도의 측정 결과로부터 비교예 1-1의 연마 패드로는 홈의 내면은 요철이 심하고 불균질하다는 것을 알 수 있다. 또한, 도 12에 의하면 커다란 볼록부가 확인된다. 또한, 「상설 반도체 CMP 기술」 (도이 순로 편저, 가부시끼가이샤 고교 조사가이 출판, 초판 제1쇄)의 114 페이지에 게재되어 있는 도 3.63은 비교예 1-1에서 사용한 연마 패드와 동일한 발포 폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」)의 주사형 전자 현미경에 의한 화상이다. 이 화상으로부터도 실시예 1-1에 의한 도 11에 비교하여 큰 요철이 홈 내에 존재하고 있다는 것을 알 수 있다.
또한 표 1의 결과로부터 비교예 1-1의 연마 패드에 의해 연마한 연마면에는 스크래치 및 이물질이 확인되었다. 또한 드레싱 후의 공극도 일부가 막히고 개방되지 않았다. 특히 드레싱에 의해 막히기 쉬운 홈의 개구부 주변의 공극은 거의 막혀있었다. 또한, 실시예 1-1에 대한 연마 속도는 1/4, 또한 실시예 1-2에 대한 연마 속도는 1/5로 크게 떨어져 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 연마시에 이물질 등에 의해 공극이 막혀있었기 때문으로 생각된다.
이에 대하여, 실시예 1-1 및 1-2의 연마 패드로는 홈 내부의 측면 및 바닥면 모두 표면 조도가 매우 작고 평활하다. 이것은 도 11로부터도 확인할 수 있다. 그 때문에 연마면에는 스크래치가 거의 확인되지 않고 이물질도 거의 확인되지 않았다. 또한, 드레싱 후에 있어서도 공극은 거의 완전히 개방되어 있고, 특히 홈의 개구부 주변의 공극도 거의 개방되어 있었다. 또한 연마 속도는 비교예 1-1에 대 하여 실시예 1-1은 4배, 실시예 1-2는 5배나 빠른 것이었다. 이것은 공극이 이물질에 의해서 막혀있지 않기 때문으로 생각된다.
[2] 격자형의 홈을 갖는 연마 패드
2-1. 연마 패드의 제조
<실시예 2-1>
실시예 1-1에서 얻은 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체의 한 측면 위에, 절삭 가공기 (가토 기까이 가부시끼가이샤 제조)를 이용하여 폭이 0.5 mm, 깊이가 1 mm, 세로 피치가 5 mm, 가로 피치가 5 mm이고, 격자를 구성하는 하나의 패턴의 평면 형상이 사각형인 격자형의 홈을 형성하였다. (도 4 참조).
계속해서, 얻어진 연마 패드로부터 홈이 폭방향으로 포함되도록 표면 조도 측정용의 박편을 추출하였다. 그 후, 이 박편의 상이한 세가지 시야에 있어서 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를, 상기 3차원 표면 구조 해석 현미경을 이용하여 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 2.5 ㎛이었다.
또한, 연마 패드의 홈이 있는 부분의 단면을 광학 현미경에 의해 확대하여 촬영하였다. 얻어진 화상을 도 13에 나타낸다.
<실시예 2-2>
실시예 1-2에서 얻은 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체의 한 측면 위에, 실시예 2-1과 동일한 절삭 가공기를 사용하여 폭이 1 mm, 깊이가 1 mm, 세로 피치가 10 mm, 가로 피치가 10 mm이고, 격자를 구성하는 1개의 패턴의 평면 형상이 사각형인 격자형의 홈을 형성하였다.
계속해서, 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 2-1과 동일하게 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 2.2 ㎛이었다.
<비교예 2-1>
홈 폭 2 mm, 홈의 깊이 0.5 mm, 세로 피치 15 mm, 가로 피치 15 mm이고, 격자를 구성하는 1개의 패턴의 평면 형상이 사각형인 격자형의 홈을 갖는 발포 폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」)의 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 2-1과 동일하게 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 25 ㎛이었다.
2-2. 연마 성능 등의 평가
실시예 2-1, 2-2 및 비교예 2-1의 연마 패드에 대해서 상기 [1]과 동일하게 하여 연마 성능의 평가를 하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다.
| 표면 조도 Ra (㎛) | 연마 속도 (nm/분) | 스크래치의 유무 | 이물질의 유무 | 공극의 상태 | |
| 실시예 2-1 | 2.5 | 180 | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 2-2 | 2.2 | 135 | ○ | ○ | ○ |
| 비교예 2-1 | 25 | 45 | × | × | × |
표면 조도의 측정 결과로부터, 비교예 2-1의 연마 패드로는 홈의 내면은 요철이 심하고 불균질하다는 것을 알 수 있다. 또한, 「상설 반도체 CMP 기술」 (도이 순로 편저, 가부시끼가이샤 고교 조사가이 출판, 초판 제1쇄)의 114 페이지에 게재되어 있는 도 3.63은 비교예 2-1에서 사용한 연마 패드와 동일한 발포 폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」)의 주사형 전자 현미경에 의한 화상이다. 이 화상으로부터 실시예 2-1에 의한 도 13에 비교하여 큰 요철이 홈 내에 존재하고 있다는 것을 알 수 있다.
또한 표 2의 결과로부터 이 비교예 2-1의 연마 패드에 의해 연마한 연마면에는 스크래치 및 이물질이 확인되었다. 또한 드레싱 후의 공극도 일부가 막히고 개방되지 않았다. 특히 드레싱에 의해 막히기 쉬운 홈의 개구부 주변의 공극은 거의 막혀있었다. 또한, 실시예 2-1에 대한 연마 속도는 1/4, 또한 실시예 2-2에 대한 연마 속도는 1/3로 크게 떨어져 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 연마시에 이물질 등에 의해 공극이 막혀있었기 때문으로 생각된다.
이에 대하여, 실시예 2-1 및 2-2의 연마 패드로는 홈 내부의 측면 및 바닥면 모두 표면 조도가 매우 작고 평활하다. 이것은 도 13으로부터도 확인할 수 있다. 그 때문에 연마면에는 스크래치가 거의 확인되지 않고 이물질도 거의 확인되지 않았다. 또한, 드레싱 후에 있어서도 공극은 거의 완전히 개방되어 있고, 특히 홈의 개구부 주변의 공극도 거의 개방되어 있었다. 또한 연마 속도는 비교예 2-1에 대하여 실시예 2-1은 4배, 실시예 2-2는 3배나 빠른 것이었다. 이것은 공극이 이물질에 의해서 막혀있지 않기 때문으로 생각된다.
[3] 나선형의 홈을 갖는 연마 패드
3-1. 연마 패드의 제조
<실시예 3-1>
실시예 1-1에서 얻은 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체의 한 측면 위에, 절삭 가공기 (가토 기까이 가부시끼가이샤 제조)를 사용하고, 폭이 1 mm, 깊 이가 1 mm, 피치가 2.5 mm인 나선형의 홈 (인접하는 홈 부분의 사이의 길이는 1.5 mm이 됨)을 형성하였다 (도 7 참조).
다음으로, 얻어진 연마 패드로부터 홈이 폭방향에 포함되도록 표면 조도 측정용의 박편을 추출하였다. 그 후, 이 박편의 세가지 상이한 시야에 있어서 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 상기 3차원 표면 구조 해석 현미경을 이용하여 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 2.0 ㎛이었다.
또한, 연마 패드의 홈이 있는 부분의 단면을 광학 현미경에 의해 확대하고 촬영하였다. 얻어진 화상을 도 14에 나타낸다.
<실시예 3-2>
실시예 1-2에서 얻은, 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체의 한 측면 위에, 실시예 3-1과 동일한 절삭 가공기를 이용하고, 폭이 0.5 mm, 깊이가 0.5 mm, 피치가 1.7 mm인 나선형의 홈 (인접하는 홈 부분의 사이의 길이는 1.2 mm임)을 형성하였다.
계속해서, 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 3-1과 동일하게 측정하였다. 그 결과, 최대 조도는 측면에서 5.5 ㎛, 바닥면에서 5.3 ㎛이고, 표면 조도 (Ra)는 1.9 ㎛이었다.
<비교예 3-1>
폭이 0.25 mm, 깊이가 0.4 mm, 피치가 1.5 mm인 나선형의 홈을 갖는 발포 폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」)의 홈의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 3-1과 동일하게 측정하였다. 그 결 과, 표면 조도 (Ra)는 25 ㎛이었다.
3-2. 연마 성능 등의 평가
실시예 3-1, 3-2 및 비교예 3-1의 연마 패드에 대해서 상기 [1]과 동일하게 연마 성능의 평가를 하였다. 그 결과를 표 3에 나타낸다.
| 표면 조도 Ra (㎛) | 연마 속도 (nm/분) | 스크래치의 유무 | 이물질의 유무 | 공극의 상태 | |
| 실시예 3-1 | 2.0 | 190 | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 3-2 | 1.9 | 260 | ○ | ○ | ○ |
| 비교예 3-1 | 25 | 50 | × | × | × |
표면 조도의 측정 결과로부터, 비교예 3-1의 연마 패드로는 홈의 내면은 요철이 심하고 불균질하다는 것을 알 수 있다. 또한, 「상설 반도체 CMP 기술」 (도이 순로 편저, 가부시끼가이샤 고교 조사가이 출판, 초판 제1쇄)의 114 페이지에 게재되어 있는 도 3.63은 비교예 3-1에서 사용한 연마 패드와 동일한 발포 폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」, 연마면측에는 홈이 설치되어 있음)의 주사형 전자 현미경에 의한 화상이다. 이 화상으로부터 실시예 3-1에 의한 홈의 내면을 표시한 도 14와 비교하여 큰 요철이 홈 내에 존재하고 있다는 것을 알 수 있다.
또한 표 3의 결과로부터 이 비교예 3-1의 연마 패드에 의해 연마한 연마면에는 스크래치 및 이물질이 확인되었다. 또한 드레싱 후의 공극도 일부가 막히고 개방되어 있지 않았다. 특히 드레싱에 의해 막히기 쉬운 홈의 개구부 주변의 공극은 거의 개방되어 있다. 또한 실시예 3-1에 대한 연마 속도는 약 1/4, 또한 실시예 3-2에 대한 연마 속도는 약 1/5로 크게 떨어져 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 연마시에 이물질 등에 의해 공극이 막혀있었기 때문으로 생각된다.
이에 대하여, 실시예 3-1 및 3-2의 연마 패드로는 홈 내부의 측면 및 바닥면 모두 표면 조도가 매우 작고 평활하다. 이것은 도 14로부터도 확인할 수 있다. 그 때문에 연마면에는 스크래치 및 이물질 모두 거의 확인되지 않았다. 또한, 드레싱 후에 있어서도 공극은 거의 완전히 개방되어 있고, 특히 홈의 개구부 주변의 공극도 거의 개방되어 있었다. 또한 연마 속도는 비교예 3-1에 대하여 실시예 3-1은 4배 가까이, 실시예 3-2는 5배 초과로 컸다. 이것은 공극이 이물질에 의해서 막혀있지 않기 때문으로 생각된다.
[4] 오목부를 갖는 연마 패드
4-1. 연마 패드의 제조
<실시예 4-1>
실시예 1-1에서 얻은, 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체의 한 측면 위에, 절삭 가공기 (가또 기까이 가부시끼가이샤 제조)를 사용하여, 평면 형상이 원형이고, 그 직경이 0.5 mm, 깊이가 1 mm, 피치가 1.5 mm인 다수의 오목부 [각각의 오목부의 사이의 둘레 방향의 길이 및 직경 방향의 길이는 각각 동일 (1 mm)하고, 이러한 오목부는 등간격으로 되어 있음]를 형성하였다 (도 9 참조).
계속해서, 얻어진 연마 패드로부터 복수의 오목부의 단면이 포함되도록 표면 조도 측정용의 박편을 추출하였다. 그 후, 이 박편의 세가지 상이한 시야에 있어서 오목부의 내면의 표면 조도 (Ra)를, 상기 3차원 표면 구조 해석 현미경을 이용 하여 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 2.3 ㎛이었다.
또한, 연마 패드의 오목부의 일부의 단면을 광학 현미경에 의해 확대하여 촬영하였다. 얻어진 화상을 도 15에 나타낸다.
<실시예 4-2>
실시예 1-2에서 얻은 직경 60 cm, 두께 2.5 mm의 원반형의 성형체의 한 측면 위에 실시예 4-1과 동일한 절삭 가공기를 이용하여, 평면 형상이 원형이고 그 직경이 0.5 mm, 깊이가 0.5 mm, 피치가 1.2 mm인 다수의 오목부 [각각의 오목부의 사이의 둘레 방향의 길이 및 직경 방향의 길이는 각각 동일 (0.7 mm)하고 이러한 오목부는 등간격으로 설치됨]를 형성하였다.
계속해서, 오목부의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 4-1과 동일하게 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 1.5 ㎛이었다.
<비교예 4-1>
직경이 1.5 mm, 깊이가 1.0 mm, 피치가 5.5 mm인 다수의 오목부를 갖는 발포폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」)의 오목부의 내면의 표면 조도 (Ra)를 실시예 4-1과 동일하게 측정하였다. 그 결과, 표면 조도 (Ra)는 25 ㎛이었다.
4-2. 연마 성능 등의 평가
실시예 4-1, 4-2 및 비교예 4-1의 연마 패드에 대해서, 상기 [1]과 동일하게 연마 성능의 평가를 하였다. 그 결과를 표 4에 나타낸다.
| 표면 조도 Ra (㎛) | 연마 속도 (nm/분) | 스크래치의 유무 | 이물질의 유무 | 공극의 상태 | |
| 실시예 4-1 | 2.3 | 210 | ○ | ○ | ○ |
| 실시예 4-2 | 1.5 | 260 | ○ | ○ | ○ |
| 비교예 4-1 | 25 | 50 | × | × | × |
표면 조도의 측정 결과로부터 비교예 4-1의 연마 패드로는 오목부의 내면은 요철이 심하고 불균질하다는 것을 알 수 있다. 또한, 「상설 반도체 CMP 기술」 (도이 순로 편저, 가부시끼가이샤 고교 조사가이 출판, 초판 제1쇄)의 114 페이지에 게재되어 있는 도 3.63은 비교예 4-1에서 사용한 연마 패드와 동일한 발포 폴리우레탄 제조의 연마 패드 (로델ㆍ닛타 가부시끼가이샤 제조, 상품명 「IC 1000」; 연마면측에는 홈이 설치되어 있음)의 주사형 전자 현미경에 의한 화상이다. 이 화상으로부터 실시예 4-1에 있어서의 오목부의 내면을 나타내는 도 15와 비교하여 큰 요철이 홈 내에 존재하고 있다는 것을 알 수 있다.
또한 표 4의 결과로부터, 이 비교예 4-1의 연마 패드에 의해 연마한 연마면에는 스크래치 및 이물질이 확인되었다. 또한 드레싱 후의 공극도 일부가 막히고 개방되어 있지 않았다. 특히 드레싱에 의해 막히기 쉬운 오목부의 개구부 주변의 공극은 거의 막혀있었다. 또한, 실시예 4-1에 대한 연마 속도는 약 1/4, 또한 실시예 4-2에 대한 연마 속도는 약 1/5로 크게 떨어져 있다는 것을 알 수 있다. 이것은 연마시에 이물질 등에 의해 공극이 막혀있었기 때문으로 생각된다.
이에 대하여, 실시예 4-1 및 4-2의 연마 패드로는 오목부 내부의 측면 및 바닥면 모두 표면 조도가 매우 작고 평활하다. 이것은 도 15로부터도 확인할 수 있다. 그 때문에 연마면에는 스크래치 및 이물질이 거의 확인되지 않았다. 또한, 드레싱 후에 있어서도 공극은 거의 완전히 개방되어 있고, 특히 오목부의 개구부 주변의 공극도 거의 개방되어 있었다. 또한 연마 속도는 비교예 4-1에 대하여 실시예 4-1은 4배 가까이, 실시예 4-2는 5배 초과로 큰 것이었다. 이것은 공극이 이물질에 의해서 막혀있지 않기 때문으로 생각된다.
본 발명의 연마 패드에 의하면, 특정 형상의 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)를 구비함으로써 그 내부에서 발생하는 이물질 등에 의한 스크래치가 효과적으로 억제되고, 평탄성이 우수한 연마면이 얻어진다.
또한 홈 (a)가 특정한 깊이 및 폭을 갖는 경우, 오목부 (b)가 특정한 깊이, 개구부의 최소 길이 등을 갖는 경우, 관통공 (c)가 특정한 개구부의 최소 길이 등을 갖는 경우, 또한 상기 오목부 (b) 1개 및 상기 관통공 (c) 1개의 개구부의 면적이 각각 0.0075 mm2 이상인 경우에는, 스크래치의 발생이 보다 확실하게 억제된다.
또한, 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)가 인접하는 각 개구부의 사이의 최소 길이가 0.05 mm 이상인 경우, 연마면에 상당하는 볼록부의 강도를 유지하면서 효율적인 연마를 진행시킬 수 있다.
연마 패드의 적어도 일부가, 가교 중합체를 포함하는 비수용성 매트릭스와 수용성 입자를 함유할 경우는 홈 (a), 오목부 (b) 또는 관통공 (c)의 내면의 표면 조도를 쉽게 20 ㎛ 이하로 억제할 수 있고, 드레싱에 의해서도 공극이 막힐 수 없고, 슬러리가 충분히 유지되고 연마 속도를 크게 할 수 있다.
또한, 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)가, 절삭 및 금형 성형으로부터 선택되는 방법에 의해 형성된 경우는, 내면의 표면 조도를 쉽게 작게 할 수 있고, 스크래치의 발생을 보다 충분히 억제할 수 있다.
본 발명의 복층형 연마 패드에 의하면 연마 중에, 연마층이 변형하는 일이 없고 효율적으로 연마를 진행시킬 수 있다. 또한 홈 등의 내부에서 발생되는 이물질 등에의한 스크래치가 효과적으로 억제됨과 동시에, 패드의 연마면과 웨이퍼 등의 피연마면을 충분히 밀착시킬 수 있고 연마 속도를 향상시킬 수 있다.
Claims (20)
- 연마면측에 형성되고, 격자형, 환형 및 나선형으로부터 선택되는 1종 이상 3종 이하의 형상의 홈 (a), 오목부 (b) 및 연마 패드의 표리를 관통하는 관통공 (c)로부터 선택되는 1종 이상 3종 이하의 부위를 가지고, 상기 부위의 내면의 표면 조도는 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이며, 화학 기계 연마에 사용되는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 홈 (a)의 깊이는 0.1 mm 이상 2.5 mm 이하이고, 폭은 0.1 mm 이상 5 mm 이하인 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 홈 (a)가 동심원형으로 형성되어 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 오목부 (b)의 깊이는 0.1 mm 이상 2.5 mm 이하이고, 개구부의 최소 길이는 0.1 mm 이상 5 mm 이하인 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 관통공 (c)의 개구부의 최소 길이가 0.1 mm 이상 5 mm 이하인 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 오목부 (b) 1개 및 상기 관통공 (c) 1개의 개구부의 면적이 각각 0.0075 mm2 이상 100 mm2 이하인 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)의 인접하는 각 개구부의 사이의 최소 길이가 0.05 mm 이상 100 mm 이하인 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 연마 패드의 적어도 일부가, 가교 중합체를 함유하는 비수용성 매트릭스와, 이 비수용성 매트릭스 중에 분산된 수용성 입자를 함유하는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)가 절삭 및 금형 성형으로부터 선택되는 방법에 의해 형성된 연마 패드.
- 연마면측에 형성되고, 격자형, 환형 및 나선형으로부터 선택되는 1종 이상 3종 이하의 형상의 홈 (a), 오목부 (b) 및 연마층의 표리를 관통하는 관통공 (c)로부터 선택되는 1종 이상 3종 이하의 부위를 가지고, 상기 부위의 내면의 표면 조도가 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하인 연마층과, 이 연마층의 비연마면측에 배치된 지지층을 구비하고, 화학 기계 연마에 사용되는 것을 특징으로 하는 복층형 연마 패드.
- 연마 패드용 조성물을 사용하여 소정의 형상으로 성형하는 성형 공정과, 성형된 성형물을 절삭 가공하여, 내면의 표면 조도가 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하이고, 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)로부터 선택되는 1종 이상 3종 이하의 부위를 형성하는 절삭 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 제조 방법.
- 연마 패드용 조성물을 이용하여, 홈 (a), 오목부 (b) 및 관통공 (c)로부터 선택되는 1종 이상 3종 이하의 부위를 형성시켜, 상기 부위의 내면의 표면 조도를 0.05 ㎛ 이상 20 ㎛ 이하로 하는 금형 성형 공정을 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 제조 방법.
- 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 연마 패드용 조성물이 가교 중합체를 함유하는 비수용성 매트릭스와, 이 비수용성 매트릭스 중에 분산된 수용성 입자를 함유하는 연마 패드의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 상기 비수용성 매트릭스가 1,2-폴리부타디엔 수지인 연마 패드.
- 제8항에 있어서, 상기 수용성 입자가 β-시클로덱스트린인 연마 패드.
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