KR101144305B1

KR101144305B1 - 폴리우레탄 발포체의 제조방법 및 이로부터 제조된 다공성 연마 패드

Info

Publication number: KR101144305B1
Application number: KR1020080127084A
Authority: KR
Inventors: 안병인; 윤경연; 정성욱
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2008-12-15
Filing date: 2008-12-15
Publication date: 2012-05-11
Also published as: KR20100068653A

Abstract

본 발명은 폴리우레탄 발포체의 제조방법 및 그로부터 제조된 다공성 연마 패드에 관한 것으로, 특히, a) 폴리올 및 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 및 수지 단량체를 포함하는 액상 혼합물을 제조하는 단계, b) 상기 혼합물에 20 기압 이상의 고압 조건에서 비반응성 기체를 주입시키면서 중합 반응을 수행하는 단계, c) 상기 고압 중합 반응을 마친 후에 15 기압 이하의 감압 조건에서 발포시키면서 중합 반응을 수행하는 단계, 및 d) 상기 감압 중합 반응을 마친 후에, 승온하여 생성된 수지 중합체를 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 b) 고압 중합 반응은 반응 생성물의 중합도가 5,000 내지 150,000 g/mol이 되도록 수행하는 폴리우레탄 발포체의 제조방법, 및 이로부터 제조된 다공성 연마 패드에 관한 것이다.

본 발명에 따르면 별도의 중공구체 삽입 없이 발포체 조성물에 비반응성 기체를 주입하여 발포체내에 기체 기공을 형성시킴으로써, 수지와 중공구체와의 밀도 차이에 따른 기공 형성의 불균일성을 방지하고 균일한 분포의 미세 기공을 효과적으로 제조할 수 있다.

폴리우레탄, 발포체, 비반응성 기체, 다공성 연마 패드

Description

폴리우레탄 발포체의 제조방법 및 이로부터 제조된 다공성 연마 패드 {PROCESS FOR PRODUCING POLYURETHANE FOAM AND POROUS POLISHING PAD PREPARED BY USING IT}

본 발명은 폴리우레탄 발포체의 제조방법 및 그로부터 제조된 다공성 연마 패드에 관한 것이다.

최근 반도체소자가 급속히 고집적화됨에 따라 배선패턴의 미세-치밀화가 진행되어, 패턴을 전사할 때 노광(露光)기술을 개량하는 것만으로는 치밀화를 극복하는데 한계가 있고, 또한 고집적화가 진행됨에 따라 적층막의 수가 증가되어 반도체 웨이퍼 표면의 요철을 증폭시키기 때문에 배선을 치밀하게 형성하는 것을 어렵게 하고 있어, 웨이퍼 표면을 평탄화하는 기술의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

이와 같이 고집적 반도체 소자의 집적도 증가로 인해 더 작은 웨이퍼 면적에 더 작은 배선 패턴이나 상호접속부의 형성이 요구되며 따라서 반도체 웨이퍼의 평탄도(flatness) 공차는 더욱더 작아지고 있는 바, 그 결과, 표면 평탄화를 위한 CMP용 연마패드에도 보다 향상된 기능이 요구되고 있다.

일반적인 반도체 공정에서의 CMP 장치는 연마패드가 장착되어 회전하는 회전 턴테이블과, 웨이퍼를 공정진행에 따라 이송시키고 상기 회전 턴테이불상에서 회전시키는 웨이퍼캐리어와, 상기 회전 턴테이블의 중앙 상부에서 연마슬러리를 공급하는 연마슬러리 공급구와, 다이아몬드 드레서로 구성되어진다.

이러한 CMP 장치는 연마패드의 상부에 반도체 웨이퍼를 위치하게 한 후 웨이퍼 캐리어로 하중을 가하면서 턴테이블을 회전시키면서 연마슬러리를 연속적으로 공급하여, 연마패드와 반도체 웨이퍼의 마찰로 인한 기계적 연마와 연마슬러리의 화학성분으로 인한 화학적 연마를 동시에 수행하여 연마 공정을 진행한다. 예를 들어, 연마 슬러리 중 산화막용 슬러리는 일반적으로 콜로이드 실리카(Colloidal Silica)나 흄드 실리카(Fumed Silica) 10～20 부피비％를 수산화칼륨(KOH) 혹은 수산화암모늄(NH₄OH)과 혼합하여 pH 10～12로 조정한 고알카리 수용액이며, 상기 실리카 입자가 기계적인 연마작용을 돕게 되고, 고알칼리 수용액은 화학적인 연마작용을 일으키게 한다.

또한, CMP 공정진행중 연마패드는 계속적으로 압력을 받으며 회전하게 되어 연마패드의 미세기공(Micro pores)들이 반도체 웨이퍼의 연마잔여물로 인해 막히게 되고, 그로 인해 슬러리액을 담아두는 기공의 기능을 잃게 되는데, 이때 다이아몬드 드레서로 연마패드의 표면을 컨디셔닝(Conditioning)하여 불균일한 마모층을 제거하여 균일한 연마표면을 갖도록 한다.

상기의 CMP 장치에 사용되는 연마패드는 부직포에 폴리우레탄을 함침시켜 제조한 다공질형 부직포 타입과, 폴리우레탄 용액을 습식법(Wet Coagulation method) 으로 제조한 발포 폴리우레탄 유도 타입이 있으며, 모두 표면에 기공을 가지는 구조로 되어 있어 연마과정 중에 내부에 연마 슬러리를 보유하는 역할을 한다.

상기 다공질형 부직포 타입으로는 일본특허공개공보 평02-250776호 개시된 연마패드를 들 수 있다. 이는 폴리우레탄/DMF 용액을 부직포에 함침시킨 후, DMF 수용액에서 응고시켜 미세기공을 함유하는 연마패드를 형성하는 것으로서, 연마시에 반도체 웨이퍼와의 접촉성과 연마슬러리의 보유성은 좋지만 표면경도가 낮아 압축변형이 쉽게 일어나 반도체웨이퍼의 평탄도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.

또한, 상기 발포 폴리우레탄 유도 타입은 국제특허공개공보 제WO 94/04599호에 기재된 연마 패드를 들 수 있는데, 이는 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머와 경화제(활성수소화합물)인 4.4-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린) (MOCA)을 혼합 교반한 후, 팽창된 유기고분자 중공구체 (상품명 Expancel 551 DE (Dry Expanded)를 첨가?혼합하여 주형틀에서 경화시킨 주형시트를 일정한 두께로 절단하여 제조되는 것으로서, 표면경도가 높기 때문에 부직포 타입에 비해 압축변형이 적고 연마속도 및 웨이퍼의 평탄성이 향상된다.

그러나, 상기의 연마패드는 미리 팽창된 유기 고분자 중공구체를 사용하는데, 팽창된 유기고분자 중공구체는 비중이 0.042 정도로 작기 때문에 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머와 혼합할 때에는 점도가 상당히 높아지게 되고, 경화제(MOCA)와 혼합할 때에는 거품이 발생하게 되므로 성형물에 기포가 잔류하게 된다. 또한 팽창된 유기고분자 중공구체는 비중이 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머와 비중차가 크기 때문에 이들 물질의 혼합물(컴파운드)은 분리되기 쉬워 토 출되는 주입액은 배합편차가 일어나기 쉽다.

따라서, 앞서 기술한 컴파운드와 경화제를 혼합 교반한 수지 조성액을 금형내에 주입하여 성형할 때에 수지가 경화되기 전에 중공구체가 부상하여 윗면방향으로 편재되는 현상이 발생하게 된다. 따라서 성형물을 수평방향으로 슬라이스해서 얻은 일정두께의 연마패드는 윗면부근과 밑면부근에서 밀도차와 경도차가 발생하여 재질이 균일하지 못하고, 연마패드의 로트간 연마특성의 편차가 발생하는 문제점이 있다. 또한, 유기 고분자 중공구체는 중공부에 저비점 탄화수소를 내포하고 바깥부분이 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 공중합체나 아크릴로니트릴 공중합체의 열가소성 수지로 구성되어 있어, 연마시 기공의 열가소성 수지로 인하여 웨이퍼 표면에 스크레치가 발생하여 수율을 저하시키는 다른 문제점이 있다.

따라서, 웨이퍼 표면에 스크레치 발생이 없으며 연마 속도와 연마 효율을 향상시킬 수 있도록, 균일한 분포의 미세 기공 크기를 갖는 폴리우레탄 발포체를 좀더 단순하고 효율적으로 제조하는 공정 개발에 대한 연구가 필요하다.

본 발명은 향상된 연마 속도와 연마 효율을 갖도록 미세 기공이 균일하게 분포된 폴리우레탄 발포체를 보다 효율적으로 제조하는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 폴리우레탄 발포체를 포함하는 다공성 연마 패드를 제공하고자 한다.

본 발명은 a) 폴리올 및 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 및 수지 단량체를 포함하는 액상 혼합물을 제조하는 단계, b) 상기 혼합물에 20 기압 이상의 고압 조건에서 비반응성 기체를 주입시키면서 중합 반응을 수행하는 단계, c) 상기 고압 중합 반응을 마친 후에 15 기압 이하의 감압 조건에서 발포시키면서 중합 반응을 수행하는 단계, 및 d) 상기 감압 중합 반응을 마친 후에, 승온하여 생성된 수지 중합체를 경화시키는 단계를 포함하고, 상기 b) 고압 중합 반응은 반응 생성물의 중합도가 5,000 내지 150,000 g/mol이 되도록 수행하는 폴리우레탄 발포체의 제조방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 방법에 따라 제조된 폴리우레탄 발포체를 포함하는 다공성 패드를 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 CMP 연마패드용 폴리우레탄 발포체의 제조방법에 관한 것으로, 특히, 중합체 수지가 아닌 단량체와 폴리올 및/또는 이소시아네이트 말단 우레탄 프 리폴리머의 액상 혼합물에 고압 조건에서 비반응성 기체를 주입하면서 중합을 진행한 후에, 감압 조건 하에서 발포시키면서 중합을 진행하여 폴리우레탄 발포체를 제조하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 폴리우레탄 발포체의 제조 방법은 출발물질이 중합체 수지가 아니라 단량체와 폴리올 및/또는 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머의 혼합물을 사용하여 기체 주입 및 발포가 중합 과정이 진행되면서 함께 일어나고, 중합체 수지 용융물을 제조할 필요가 없어 열경화성 수지 및 열가소성 수지에 모두 적용할 수 있는 장점이 있다.

먼저, 도 1은 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조 공정에 대한 일례를 나타낸 간략 공정도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조 공정은 폴리올, 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머, 디올, 디아민, 디이소시아네이트 등의 폴리우레탄 중합 원료를 혼합하는 단계(혼련), 혼합물을 중합시키면서 고압으로 기체를 용해시키는 단계(기체용해), 감압에 의해서 혼합물 내에 기공을 형성시키는 단계(발포), 혼합물을 최종 경화시키는 단계(경화)로 이루어진다.

본 발명에서 폴리올 및 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 및 수지 단량체를 혼합하여 액상 혼합물을 제조하는 단계는 반응 장치 및 반응 조건이 특별히 한정되지 않으며, 폴리우레탄 발포체를 제조하는 공정에서 사용되는 범위에서 적절하게 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 액상 혼합물은 수지 단량체 및 폴리올 및 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 즉, 상기 액상 혼합물은 수지 단량체와 함께 폴리올, 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머, 또는 그의 혼합물을 포함한다.

본 발명의 폴리우레탄 발포체 제조에 사용 가능한 폴리올은 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 등을 들 수 있으며, 폴리테트라메틸렌글리콜 등이 내가수분해성 측면에서 바람직하다.

상기 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머는 폴리올과 디이소시아네이트를 반응시켜 얻어진 생성물로서, 보관상에서 안정성 확보 및 중합 반응 공정 제어 등에서 좀더 유리하게 활용할 수 있다.

상기 수지 단량체는 폴리올 및 상기 프리폴리머에 대한 사슬 부가제로 사용될 수 있는 모든 화합물이 포함될 수 있으며, 디올, 디아민, 및 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 또는 2종 이상이 될 수 있다.

여기서, 디이소시아네이트로서는 톨루엔 디이소시아네이트 [Toluene Diisocyanate, TDI], 메틸렌 디페닐디이소시네이트 [Methylene diphenyl diisocyanate, MDI], 이소포론 디이소시아네이트 [Isophorone diisocyanate, IPDI], 헥사메틸렌 디이소시아네이트 [Hexamethylene diisocyanate, HDI], 메틸렌 비스(p-시클로헥실 이소시아네이트 [methylene bis(p-cyclohexyl isocyanate, HMDI) 등을 들 수 있고, 디올로서는 부탄디올, 프로필렌디올 등을 들 수 있다. 디아민으로서는 디에틸톨루엔 디아민 [Diethyltoluene diamine, DETDA], 4,4-메틸렌 비스(2-클로로 아닐린) [4,4-methylene bis(2-chloro aniline), MOCA], m-페닐렌 디아민 [(m-phenylene diamine), mPDA] 등을 사용할 수 있으며, 기계적 물성 측면 에서 MOCA가 바람직하다.

특히, 본 발명은 중합체 수지가 아닌 상기 액상의 혼합물에 기체를 용해시킴으로써 상기 기체를 빠르게 포화시킬 수 있고, 용해된 기체로 인해서 단량체와 폴리올 및/또는 프리폴리머 혼합물의 점도를 낮출 수 있어서 반응속도를 증가시켜 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 액상 혼합물을 제조한 후에, 20 기압 이상의 고압 조건에서 비반응성 기체를 주입하면서 중합 반응을 수행하는 단계를 포함한다. 상기 비반응성 기체로는 폴리우레탄 발포체를 제조하는 데 사용할 수 있는 것으로 알려진 모든 기체가 사용 가능하며, 좀더 구체적으로는 이산화탄소, 질소, 공기, 아르곤, 헬륨, 그의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

상기 비반응성 기체를 주입하는 고압 중합 반응은 20 내지 300 기압 범위, 바람직하게는 60 내지 280 기압 범위로 가압하여 수행할 수 있다. 상기 고압 중합 반응은 수지내에 기체를 다량으로 용해시킬 수 있도록 20 기압 이상에서 수행하며, 제조 설비 구현성 및 공정 비용 측면에서 300 기압 이하에서 수행하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고압 중합 반응은 반응 생성물의 분자량이 5,000 내지 150,000 g/mol이 되도록 수행하고, 바람직하게는 6,000 내지 50,000 g/mol, 7,000 내지 50,000 g/mol, 8,000 내지 35,000 g/mol이 되도록 수행할 수 있다. 발포시 발포체가 깨지지 않도록 한다는 측면에서 폴리우레탄의 분자량이 5,000 g/mol 이상이 되도록 하는 것이 바람직하고, 발포가 가능 측면에서 폴리우레탄의 분자량이 150,000 g/mol 이하가 되도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 고압 중합 반응에서 상기 비반응성 기체는 전체 혼합물에 대하여 1 내지 10 중량부(pph)의 함량으로, 바람직하게는 3 내지 8 중량부(pph)의 함량으로 주입되도록 수행할 수 있다. 중합 반응 이후에 발포 공정이 효과적으로 수행될 수 있도록 하는 측면에서 상기 비반응성 기체의 주입 속도를 상기 범위로 조절하는 것이 바람직하다.

상기 고압 중합 반응은 20 내지 120 ℃, 바람직하게는 30 내지 100 ℃의 온도 범위에서 수행할 수 있으나, 부반응에 의해서 가교반응이 진행되지 않는 한 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 상기 고압 중합 반응을 마친 후에 15 기압 이하의 감압 조건에서 발포시키면서 중합 반응을 수행하는 단계를 포함한다.

상기 감압 중합 반응은 0.01 내지 15 기압으로 수행할 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 10 기압, 0.5 내지 5 기압 범위에서 수행할 수 있다. 상기 감압 중합 반응은 발포 공정의 효율을 높일 수 있도록 고압 중합 반응과 충분한 압력차를 부여하는 측면에서 15 기압 이하의 감압 조건에서 수행하는 것이 바람직하고, 공정 설비, 비용, 및 전체적인 공정 효율 측면에서 가능한 감압 조건의 하한 범위를 설정하여 운영할 수 있다.

상기 감압 중합 반응은 상기 중합 반응과 동일한 정도의 온도 범위에서 수행할 수 있으며, 특정의 온도 범위에 한정되는 것은 아니다.

본 발명은 또한, 상기 감압을 통한 발포 중합 반응을 마친 후에, 승온하여 최종적으로 발포된 수지 중합체를 경화시켜 완전히 고화시킴으로써 미세 기공을 갖는 폴리우레탄 발포체를 제조 가능하다. 특히, 상기 경화 반응은 80 내지 120 ℃ 온도 범위로, 바람직하게는 85 내지 105 ℃로 승온하여 수행할 수 있다. 상기 경화 반응 온도는 경화 공정이 제대로 이뤄질 수 있도록 80 ℃ 이상이 바람직하고, 생성된 기공 유지 측면에서 120 ℃ 이하가 바람직하다.

상기 경화 반응은 대기압 조건 하에서 수행할 수 있으나, 감압공정에서 생성된 기공이 없어지지 않는 한 특별히 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명에서 상기 수지 중합체는 열가소성 수지 또는 열경화성 수지가 될 수 있다.

특히, 본 발명은 전술한 바와 같이 열경화가 충분히 진행되기 전에 기공을 형성시킬 수 있기 때문에 열경화성 수지에도 용이하게 적용할 수 있다.

본 발명은 혼합물을 일부 반응시켜서 점도를 상승시킨 후에 기공을 형성시키기 때문에, 폴리올이나 프리폴리머를 포함하는 혼합물에 기포를 혼합시킨 후 경화시키는 단계에서 생성된 기포가 이송 과정이나 경화 공정 중에 기포끼리 뭉쳐서 기공이 커지는 문제가 발생되지 않아 균일한 기공 분포를 확보할 수 있다.

본 발명의 방법에 따라 제조된 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기가 5 내지 100 ㎛, 바람직하게는 10 내지 70 ㎛, 좀더 바람직하게는 15 내지 40 ㎛가 될 수 있으며, 슬러리 및 연마 찌꺼기 보유 측면에서 상기 기공 크기가 5 ㎛ 이상이 되는 것이 바람직하고 웨이퍼의 결함 발생 방지 측면에서 상기 기공 크기가 100 ㎛ 이하인 것이 바람직하다.

특히, 본 발명에서는 상기 평균 기공 크기의 3배 이상 되는 거대 기공이 존재하지 않고, 전체 기공 크기의 표준편차가 평균값의 1/3 수준 정도로 되면서, 균일한 기공 분포를 확보할 수 있다.

본 발명의 폴리우레탄 발포체는 밀도가 0.4 내지 1.0 g/mm², 바람직한 0.6 내지 0.9 g/mm², 더욱 바람직하게는 0.7 내지 0.8 g/mm²가 될 수 있으며, 상기 물성 범위를 유지하는 것이 내스크레치성과 연마효율 측면에서 바람직하다.

한편, 본 발명은 상기 공정으로 제조된 폴리우레탄 발포체를 포함하는 다공성 연마 패드를 제공한다.

상기 다공성 패드는 폴리우레탄 발포체 이외에 우레탄 반응을 촉진시키는 촉매, 탈포제, 정포제, 발포시 핵제로 작용할 수 있는 오일 등의 첨가제를 추가로 포함할 수도 있다.

본 발명에 있어서 상기 기재된 내용 이외의 사항은 필요에 따라 가감이 가능한 것이므로, 본 발명에서는 특별히 한정하지 아니한다.

본 발명은 중합체 수지가 아니라 수지 단량체 또는 프리폴리머를 포함하는 액상 혼합물을 사용하여 비반응성 기체 주입 및 발포가 중합과정이 진행되면서 함께 일어날 수 있도록 함으로써, 열경화가 충분히 진행되기 전에 기공을 형성시킬 수 있기 때문에 열가소성 수지 및 열경화성 수지에도 용이하게 적용할 수 있으며, 별도의 중공구체 삽입 없이도 발포체에 균일한 분포의 미세 기공을 형성시킬 수 있 으며, 별도의 압출 공정이 필요하지 않아 좀더 효율적으로 우수한 폴리우레탄 발포체를 제조할 수 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

말단에 TDI와 반응시킨 폴리테트라메틸렌글리콜 수지 프리폴리머와, 부탄디올, MOCA를 포함하는 액상 혼합물을 제조하고, 상기 혼합물에 40 ℃에서 100 기압의 고압 조건으로 CO₂ 기체를 주입시키면서 폴리우레탄의 중합도가 30,000 g/mol이 되도록 1 시간 동안 중합 반응을 수행하였다.

상기 기체 주입 고압 중합 반응을 마친 후에, 40 ℃에서 대기압으로 감압하여 발포시켰으며, 상기 감압 발포 중합 반응이 충분히 진행되도록 24 시간 이상 방치하여 수행하였다.

상기 감압 발포 중합 반응을 마친 후에, 100 ℃로 서서히 승온하여 생성된 수지 중합체를 경화시켜 평균 기공 크기가 25 ㎛, 밀도 0.75 g/mm²의 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체의 단면은 도 2에 나타낸 바와 같이 스크래치를 유발 하는 거대 기공이 없이 균일한 기공 분포를 갖는 것임을 알 수 있다.

실시예 2

MOCA대신에 DETDA를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기 20 ㎛, 밀도 0.80 g/mm²가 되었다.

실시예 3

폴리테트라메틸렌글리콜 대신에 폴리프로필렌옥사이드 폴리올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기 30 ㎛, 밀도 0.6 g/mm²이 되었다.

실시예 4

상기 기체 주입 고압 중합 반응에서 중합도를 50,000 g/mol로 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기 8 ㎛, 밀도 0.8 g/mm²이 되었다.

실시예 5

상기 기체 주입 고압 중합 반응에서 중합도를 10,000 g/mol로 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기 50 ㎛, 밀도 0.63 g/mm²가 되었 다.

실시예 6

상기 기체 주입 고압 중합 반응에서 기체주입 압력을 100 기압에서 250 기압으로 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기 46 ㎛, 밀도 0.61 g/mm²가 되었다.

비교예 1

상기 기체 주입 고압 중합 반응을 5 기압으로 수행한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기 2 ㎛, 밀도 1.01 g/mm²이 되었다.

비교예 2

상기 기체 주입 고압 중합 반응에서 중합도를 200,000 g/mol로 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기 2 ㎛, 밀도 1.03 g/mm²이 되었다.

비교예 3

상기 기체 주입 고압 중합 반응에서 중합도를 3,000 g/mol로 달리한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 폴리우레탄 발포체를 제조하였다.

상기 폴리우레탄 발포체는 감압 이후 공정 중에 시트 형체를 잃어버렸다.

실험예

상기 실시예 1~5 및 비교예 1~2에 따라 제조된 폴리우레탄 발포체를 사용하여 CMP 연마용 다공성 패드를 제조하고, 6" 웨이퍼내의 결함수와 연마율을 측정하여 효과상 차이를 비교하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

결함수 측정

결함수는 6" 웨이퍼상에서 발견되는 이상, 결함 개수로서 광학적인 방법에 의해서 웨이퍼에 이상이 발견된 부분의 좌표를 알아낸 후에 CD SEM으로 일일이 그 좌표를 관찰하여 확인하였다.

연마율 측정

빛의 소멸, 보강 간섭을 이용해서 측정하였다. 즉, 제1층의 표면에서 반사된 빛과 제1층과 제2층의 계면에서 반사된 빛에 의해서 소멸, 보강 간섭이 일어나고, 이때 파장에 따른 반사된 빛의 강도를 측정해 보면 두께에 따라 패턴이 다르게 나오는데 이 패턴으로부터 두께를 역산하여 측정하였다.

구 분	결함수	연마율 (A/min)
실시예 1	52	4,000
실시예 2	46	3,600
실시예 3	39	2,400
실시예 4	97	2,300
실시예 5	93	1,900
실시예 6	75	2.400
비교예 1	91	800
비교예 2	160	1,200

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 실시예 1~6의 폴리우레탄 발포체를 사용한 다공성 패드의 경우, 비교예 1~2의 폴리우레탄 발포체를 사용한 다공성 패드에 비해 결함수를 현저히 저하시키고, 우수한 연마율을 확보할 수 있는 것을 알 수 있다.

특히, 비교예 3의 폴리우레탄 발포체의 경우에 감압이후 공정중에 기공이 대부분 없어져 다공성 패드로 제조하여 사용할 수도 없게 되었다.

본 발명은 폴리우레탄 발포체를 제조함에 있어서, 수지 단량체 또는 프리폴리머를 포함하는 액상 혼합물을 사용함으로써 중합체 수지 용융물을 제조할 필요가 없어 열경화성 수지에도 용이하게 적용할 수 있다. 또한, 별도의 중공구체 삽입 없이도 발포체에 균일한 분포의 미세 기공을 형성시킬 수 있으며, 별도의 압출 공정이 필요하지 않아 좀더 효율적으로 우수한 폴리우레탄 발포체를 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 폴리우레탄 발포체 제조 공정을 도시한 모식도이다.

도 2는 실시예 1에 따라 제조된 폴리우레탄 발포체의 단면 사진이다.

Claims

a) 폴리올 및 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 및 수지 단량체를 포함하는 액상 혼합물을 제조하는 단계,

b) 상기 혼합물에 20 기압 이상의 고압 조건에서 비반응성 기체를 주입시키면서 중합 반응을 수행하는 단계,

c) 상기 고압 중합 반응을 마친 후에 15 기압 이하의 감압 조건에서 발포시키면서 중합 반응을 수행하는 단계, 및

d) 상기 감압 중합 반응을 마친 후에, 승온하여 생성된 수지 중합체를 경화시키는 단계

를 포함하고,

상기 b) 고압 중합 반응은 반응 생성물의 중합도가 5,000 내지 150,000 g/mol이 되도록 수행하는 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 수지 중합체는 열경화성 수지인 폴리우레탄 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 고압 중합 반응은 반응 생성물의 중합도가 6,000 내지 80,000 g/mol이 되도록 수행하는 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 고압 중합 반응은 반응 생성물의 중합도가 7,000 내지 50,000 g/mol이 되도록 수행하는 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 수지 단량체는 디올, 디아민, 및 디이소시아네이트로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상인 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 비반응성 기체는 이산화탄소, 질소, 공기, 아르곤, 헬륨, 및 그의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것인 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 비반응성 기체는 전체 혼합물에 대하여 1 내지 10 중량부의 함량으로 주입하는 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 b) 고압 중합 반응은 20 내지 300 기압 범위로 가압하여 수행하는 것인 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 c) 감압 중합 반응은 1 내지 15 기압 범위로 감압하여 수행하는 것인 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항에 있어서,

상기 d) 경화 반응은 80 내지 120 ℃ 온도 범위로 승온하여 수행하는 것인 폴리우레판 발포체의 제조방법.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 제조된 폴리우레탄 발포체를 포함하는 다공성 연마 패드.
제11항에 있어서,

상기 폴리우레탄 발포체는 평균 기공 크기가 5 내지 100 ㎛인 다공성 연마 패드.
제11항에 있어서,

상기 폴리우레탄 발포체는 밀도가 0.6 내지 0.9 g/mm²인 다공성 연마 패드.