KR102446023B1 - 조립식 연마 패드, 연마패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 - Google Patents

조립식 연마 패드, 연마패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 조립식 연마 패드, 연마패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법은 연마패드의 연마층이 복수의 블록 형태로 구성되어 각 연마층의 상태에 따라 교체가 가능하도록 구성되어 연마패드의 사용 수명을 증가시킬 수 있고, 연마면의 구성 시, 특성이 상이한 연마층으로 구성할 수 있어, 반도체 기판의 연마 대상면에 대한 최적화된 연마 성능의 발휘가 가능하다.
또한, 조립식 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.

Description

조립식 연마 패드, 연마패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법{ASSEMBLY TYPE POLISHING PAD, MANUFACTURING METHOD THEREOF AND PREPARING METHOD OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은 화학적 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 공정에 사용되는 조립식 연마 패드, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정은 다양한 기술 분야에서 다양한 목적에 의해 수행될 수 있다. CMP 공정은 연마 대상의 소정의 연마면을 대상으로 수행되며, 연마면의 평탄화, 응집된 물질의 제거, 결정 격자 손상의 해소, 스크래치 및 오염원의 제거 등의 목적으로 수행될 수 있다.
반도체 공정의 CMP 공정 기술의 분류는 연마 대상 막질 또는 연마 후 표면 형상에 따라 구분할 수 있다. 예를 들어, 연마 대상 막질에 따라 단일 실리콘(single silicon) 또는 폴리 실리콘(poly silicon)으로 나눌 수 있고, 불순물의 종류에 의해 구분되는 다양한 산화막 또는 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta) 등의 금속막 CMP 공정으로 분류할 수 있다. 그리고, 연마 후 표면 형상에 따라, 기판 표면의 거칠기를 완화시키는 공정, 다층 회로 배선으로 인해 발생되는 단차를 평탄화하는 공정, 연마 후 회로 배선을 선택적으로 형성하기 위한 소자 분리 공정으로 분류할 수 있다.
CMP 공정은 반도체 소자의 제조 과정에서 복수로 적용될 수 있다. 반도체 소자의 경우 복수의 층을 포함하고, 각 층마다 복잡하고 미세한 회로 패턴을 포함한다. 또한, 최근 반도체 소자는 개별적인 칩 크기는 줄어들고, 각 층의 패턴은 보다 복잡하고 미세해지는 방향으로 진화되고 있다. 이에 따라, 반도체 소자를 제조하는 과정에서 회로 배선의 평탄화 목적뿐만 아니라 회로 배선의 분리 및 배선 표면 개선의 응용 등으로 CMP 공정의 목적이 확대되었고, 그 결과 보다 정교하고 신뢰성 있는 CMP 성능이 요구되고 있다.
이러한 CMP 공정에 사용되는 연마패드는 마찰을 통해 연마면을 요구되는 수준으로 가공하는 공정용 부품으로서, 연마 후 연마 대상의 두께 균일도, 연마면의 평탄도 및 연마 품질 등에 있어서 가장 중요한 요소들 중 하나로 볼 수 있다.
CMP 공정에 사용되어진 연마패드는, 연마 공정 상에서 절삭되어 연마패드로의 성능 발휘가 불가하게 되면, 재사용이 불가하여, 폐기되고 있다.
즉, 연마패드 상의 연마면의 일부라도 성능 발휘가 불가하게 되면 연마패드의 전체를 폐기해야 되는 문제가 발생하여, 자원의 활용 측면 뿐 아니라 환경 측면에서 문제가 발생하였다.
이러한 문제를 개선할 수 있는 연마패드의 개발이 필요하다.
본 발명의 목적은 조립식 연마 패드, 연마패드의 제조 방법 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연마패드의 연마층이 복수의 블록 형태로 구성되어 각 연마층의 상태에 따라 교체가 가능하도록 구성되어 연마패드의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 조립식 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 연마면의 구성 시, 특성이 상이한 연마층으로 구성할 수 있어, 반도체 기판의 연마 대상면에 대한 최적화된 연마 성능의 발휘가 가능한 조립식 연마 패드 및 이의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 조립식 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 연마 패드는 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 조성물의 경화물을 포함하는 연마층이며, 상기 연마층은 연마면을 포함하는 상부 플레이트; 및 상기 상부 플레이트와 상보적으로 결합할 수 있는 제1 체결부가 형성된 하부 플레이트를 포함하며, 상기 상부 플레이트는 하부 플레이트의 제1 체결부와 결합할 수 있는 제2 체결부가 형성되며, 상기 상부 플레이트는 복수 개의 조각으로 구성되어 하부 플레이트와 결합할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 조립식 연마 패드의 제조 방법은 ⅰ) 우레탄계 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계; ⅱ) 상기 우레탄계 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; ⅲ) 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계; 및 ⅳ) 상기 연마층을 성형하여 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 제조하는 단계를 포함하며, 상기 상부 플레이트는 일면이 반도체 기판과 맞닿도록 상대 회전하여 반도체 기판을 연마하는 연마면을 포함하며, 다른 일면은 하부 플레이트와 결합할 수 있는 제2 체결부가 형성되며, 상기 하부 플레이트는 상부 플레이트와 상보적으로 결합할 수 있는 제1 체결부가 형성되며, 상기 상부 플레이트는 복수 개의 조각으로 구성되어 하부 플레이트와 결합할 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 방법은 1) 연마층을 포함하는 조립식 연마패드를 제공하는 단계; 및 2) 상기 연마층의 연마면에 반도체 기판의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 반도체 기판을 연마시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 연마패드의 연마층이 복수의 블록 형태로 구성되어 각 연마층의 상태에 따라 교체가 가능하도록 구성되어 연마패드의 사용 수명을 증가시킬 수 있고, 연마면의 구성 시, 특성이 상이한 연마층으로 구성할 수 있어, 반도체 기판의 연마 대상면에 대한 최적화된 연마 성능의 발휘가 가능하다.
또한, 조립식 연마 패드를 적용한 반도체 소자의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마층의 플레이트 조각의 결합에 관한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 8분할된 연마층에 관한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마층의 플레이트 조각의 결합에 관한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 16분할된 연마층에 관한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 24분할된 연마층에 관한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 결합에 관한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 연마 패드의 연마면에 관한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 연마 패드의 연마면에 관한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
본 발명에서 사용되는 성분, 분자량과 같은 특성, 반응 조건 등의 양을 표현하는 수는 모든 사례에서 용어 "약"으로 수식되는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 달리 기술되지 않는다면, 모든 백분율, 부, 비 등의 중량 기준이다.
본 발명에서 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 추가로 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 "복수의"는 하나 초과를 지칭한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 연마 패드는 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 조성물의 경화물을 포함하는 연마층이며, 상기 연마층은 연마면을 포함하는 상부 플레이트; 및 상기 상부 플레이트와 상보적으로 결합할 수 있는 체결돌기가 형성된 하부 플레이트를 포함하며, 상기 상부 플레이트는 연마면의 다른 일면 상에 하부 플레이트의 체결 돌기와 결합할 수 있는 체결 홈이 형성되며, 상기 상부 플레이트는 복수 개의 조각으로 구성되어 하부 플레이트와 결합할 수 있다.
연마 패드는 마찰을 통해 반도체 기판의 연마 대상 막에 대해, 요구되는 수준으로 가공하는 공정용 부품으로서, 연마 후 연마 대상 막의 두께 균일도, 평탄도 및 연마 품질 등에 있어서 가장 중요한 요소들 중 하나에 해당된다.
연마 공정에 사용되는 연마패드는, 연마 대상 막의 가공을 위해 사용되는 것으로, 대상 막의 연마가 진행되면, 연마 패드 또한 절삭되고, 연마 패드의 연마 성능의 유지를 위해 컨디셔너로 연마면에 대한 평탄도를 유지하지만, 연마 공정의 진행에 따라, 연마 성능의 저하가 나타나게 되어 연마 패드를 폐기해야 된다.
현재 사용이 완료된 연마 패드는 재활용이 불가하고, 폐기되고 있는 실정이다. 연마 패드의 폐기는 전량 소각하거나 매립해야 된다.
사용이 불가하게 된 연마 패드는 특정 부분의 평탄도 문제로 성능 저하가 나타나게 되는 경우에도 폐기해야 되는 문제가 발생하게 된다.
즉, 종래 연마 패드는 연마 장비 내 정반에 결합되어 연마 공정이 진행되게 되며, 이때 연마 패드의 연마면 중 일부라도 연마 성능이 저하되는 문제가 발생하면 연마 패드 전체를 폐기해야 된다.
또한, 연마 공정 상에서 반도체 기판의 연마 대상 막에 따라, 연마 패드의 교체가 필요한 경우에도, 일부 사용이 완료된 연마 패드를 재사용하지 못하는 문제가 발생할 수 있어, 폐기해야 된다.
종래 연마 패드는 앞서 설명한 바와 같이, 재사용이 불가하여 사용이 완료되면 모두 폐기해야 되는데, 연마 패드의 연마면을 제외하면 연마 공정 상 활용되는 부분이 없어, 연마면의 사용에 의해 연마 패드 전체를 폐기해야 되는 점에서 자원 활용 및 환경 오염 문제가 발생된다고 할 것이다.
이러한 문제를 방지하기 위해서, 연마 패드의 연마면을 제외한 재활용 방안의 검토가 필요하고, 본 발명은 이러한 문제를 해결하기 위해, 연마층을 상부 플레이트 및 하부 플레이트가 결합하는 형태로 제조하여, 연마면을 제외한 다른 연마패드의 재사용을 가능하게 한다.
본 발명의 연마 패드는 도면을 통해 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 도 1 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 연마 패드의 연마층에 관한 것으로, 본발명의 특징의 일 예시로, 하기 설명에 의해 본 발명의 권리 범위가 제한되지 않는다.
도 1 내지 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 조립식 연마 패드의 연마층에 관한 것으로, 연마 패드 내 연마층을 제외한 다른 구성은 미도시된 것으로 예를 들어, 상기 연마층은 접착제에 의해 지지층과 접착되어 사용될 수 있다.
구체적으로 도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 연마층(100)이 8분할되어 사용되는 것으로, 8분할된 연마층의 상부 플레이트 조각(110)이 하부 플레이트(200)와 결합될 수 있음을 의미한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 8분할된 연마층(100)을 나타낸 것으로 연마층의 상부 플레이트 조각(110)이 8개로 구성될 수 있음을 나타내는 것이다.
상기 도 1 및 도 2에 따르면, 본 발명의 연마층(100)은 상부 플레이트(100) 및 하부 플레이트(200)를 포함하며, 상기 상부 플레이트는 8분할된 상부 플레이트 조각(110)을 포함한다.
상기 상부 플레이트 조각(110)은 하부 플레이트(200)에 결합할 수 있도록 구성되어, 교체가 가능한 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 연마 공정 상에서 연마층(100)의 일부 연마면에 절삭으로 인해 연마 패드의 전체를 교체할 필요가 없이, 일부 연마면에 대해서만 상부 플레이트 조각(110)을 교체하는 방식으로 연마 패드의 재사용이 가능해진다.
앞서 설명한 바와 같이 종래에는 연마 패드 자체를 폐기하고 새 연마 패드로 교체해야 했으나, 본 발명의 연마 패드를 이용하게 되면, 연마면을 제외하고 다른 부분의 경우 연마 공정 상에서 사용에 직접적으로 관여하는 경우가 없어, 연마 패드의 성능 저하에 영향을 미치지 않기 때문에 연마면의 교체로 연마 패드의 재사용이 가능하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 16분할된 연마층(100)에 관한 것으로, 16분할된 연마층(100)의 상부 플레이트 조각(220, 230)을 포함한다.
앞서 8분할된 연마층(100)에 비해, 16분할된 연마층(100)은 상부 플레이트 조각(220, 230)이 부채꼴 형상 및 사다리꼴 형상으로 구성되어 연마면에 대한 교체 시 부분적인 교체를 보다 용이하게 할 수 있다.
구체적으로 상기 상부 플레이트 조각(210, 220, 230, 240, 250, 260)은 하부 플레이트(300)와 결합에 의해 원 형상의 연마층을 구성하게 되며, 상기 상부 플레이트 조각(210, 220, 230, 240, 250, 260)은 도면에서 예시한 바와 같이 부채꼴 형상 또는 사다리꼴 형상으로 구성될 수 있으나, 삼각 형상 또는 사각 형성과 같이 조각의 형상은 자유롭게 변형이 가능하다.
도 4는 16분할된 연마면에 관한 것이며, 도 5는 24 분할된 연마면에 대한 상부 플레이트 조각(240, 250, 260)을 예시한 것이다.
상기 본 발명의 연마 패드는 앞서 설명한 바와 같이, 예시적으로 8분할, 16분할 또는 24분할된 상부 플레이트 조각(210, 220, 230, 240, 250, 260)이 하부 플레이트와 결합될 수 있어, 연마 공정에 의한 부분적인 교체가 가능하게 된다.
상기 상부 플레이트 조각(210) 및 하부 플레이트(300) 간의 결합은 하부 플레이트의 일면에 형성된 제 1 체결부 및 상부 플레이트 조각(210)에 형성된 제2 체결부 간의 결합에 의한 것이다.
도 6은 본 발명의 상부 플레이트 조각(210) 및 하부 플레이트(300)의 결합에 대한 예시로, 상부 플레이트 조각(210)은 일면이 연마면이며 다른 일면은 하부 플레이트(300)와 결합을 위해 체결 홈(211)이 형성되며, 하부 플레이트(300)는 상기 체결 홈(211)과 상보적인 위치로 체결 돌기(301)가 형성되어 결합할 수 있다.
상기 상부 플레이트 조각(210) 및 하부 플레이트(300) 간의 결합은 일 예시로, 체결 홈(211) 및 체결 돌기(301) 간의 결합에 의해 형성될 수 있으나, 상기 결합 방식은 체결 홈(211) 및 체결 돌기(310)의 결합으로만 제한 되는 것은 아니며, 상부 플레이트 조각(210) 및 하부 플레이트(300) 간의 결합이 가능한 방식은 제한 없이 모두 사용 가능하다.
또한, 본 발명의 연마 패드는 상부 플레이트 조각의 물성 또는 평균 연마율 등을 다르게 구성하여 연마 공정에 최적의 성능을 발휘할 수 있도록 할 수 있다.
구체적으로, 연마 공정 상에서 반도체 기판의 대상 연마 막의 종류에 따라 평균 연마율을 달리 구성해야 되거나, 연마면의 물성을 조절해야 연마 공정 상에서 발생될 수 있는 반도체 기판의 결함 발생을 방지할 수 있다.
이러한 이유로, 연마 공정 시, 대상 막의 상이함으로 인해 물성이 서로 상이한 연마 패드를 교체하여 사용하거나, 반도체 기판을 다른 연마 장비로 이송한 후 추가적인 연마 공정을 진행해야 한다.
연마 패드를 교체하게 되면, 사용하였던 연마 패드는 폐기해야 되고, 다른 연마 장비로 이송하게 되면, 생산성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
이는 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 연마 조성물을 경화시킨 경화물을 이용하여, 동일한 특성을 나타내는 연마층으로 제조하게 되면, 연마 공정에 적용 시 모든 연마면에서 동등한 수준의 연마 성능을 발휘하게 되어 연마 막에 대한 평균 연마율의 변화가 필요한 경우에는 다른 연마 패드를 사용해야 된다.
반면, 본 발명의 연마 패드는 연마면에 대한, 상부 플레이트 조각(210)의 교체로 평균 연마율의 변화가 가능할 뿐 아니라, 1개의 연마 패드 내에서 부분적으로 평균 연마율이 상이하도록 구성할 수 있다.
예를 들어, 연마층의 연마면이 상부 플레이트 조각의 일부를 평균 연마율이 3,000 Å/min 이상이고, 다른 조각은 1,000 내지 2,500 Å/min으로 구성하거나, 연마 대상 막에 대한 선택비를 달리 구성하여, 연마 대상 막의 두께 균일도, 평탄도 및 연마 품질을 높일 수 있다.
또한, 상기 상부 플레이트 조각에 대해, 기공의 평균 직경 및 밀도를 동일 또는 상이하게 구성하여, 연마면에 대한 특성을 상이하게 구성할 수 있어, 평균 연마율의 조정 뿐 아니라 반도체 기판의 결함 발생 등을 방지할 수 있다.
상기 연마층(100)은 연마면에 그루브(groove)를 포함하며, 상기 그루브는 중심으로부터 소정의 간격으로 이격 형성되는 동심원형 그루브, 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브, 격자형 그루브 및 이들의 혼합 그루브로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
연마면에 형성되는 그루브는 연마층(100)의 표면에 걸쳐서 연마되는 반도체 기판의 하이드로 플레이닝을 방지하고, 연마층 표면에 슬러리의 분배를 제공하는데 기여한다.
또한, 충분한 슬러리가 반도체 기판의 내부에 도달하는 것을 보장하는데 기여하고, 연마 균일성을 제어하고 결함을 감소시키기 위하여 연마층 표면으로부터 연마 부스러기를 제거하기 위한 채널을 제공하는 효과가 있다.
상기 연마면에 형성되는 그루브는 형상에 따라, 연마층의 표면에 슬러리 분배를 제공하는데 기여할 수 있고, 연마면과 반도체 기판 사이로 유입되어, 연마 균일성을 제어할 수 있고, 연마 부스러기의 제거 효과를 높일 수 있다.
연마면에 그루브를 형성하는 방법은 후술할 예정이며, 일반적인 연마층의 그루브는 연마층을 제조하고 난 이후, 연마면에 그루브를 형성하게 된다. 이때, 연마면에 형성되는 그루브는 중심으로부터 소정의 간격으로 이격 형성되는 동심원형 그루브, 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브, 격자형 그루브 등과 같이 반복적인 형태의 그루브 형상으로 제조되는 것이 일반적이다.
이는 앞서 설명한 바와 같이 연마면에 그루브를 형성함에 따른, 효과를 나타내기 위한 것이며, 제조 공정 상에서의 편의성을 높이기 위한 것이다.
다만, 본 발명의 조립식 연마 패드는 그루브가 형성된 상판 플레이트(410, 420)를 조립하여 연마층(100)을 제조하는 것으로, 다양한 형상의 그루브로의 제조를 가능하게 한다.
구체적으로, 본 발명의 조립식 연마패드의 특성을 활용하여, 동심원형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각, 방사형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각, 격자형 그루부가 형성된 상부 플레이트 조각 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 상부 플레이트 조각이 결합되어 연마면의 그루브를 형성할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 조립식 연마 패드의 연마면에 관한 일 예시로, 도 7은 동심원형 그루브(410) 및 격자형(420) 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각을 결합시킨 연마층(100)에 관한 것이다.
또한, 도 8은 8분할된 연마층(100)에 대해서, 동심원형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각(410) 및 격자형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각(420)을 반복적으로 결합시킨 연마층(100)에 관한 것이다.
상기 도 7 및 도 8의 경우와 같이, 다양한 형태의 그루브 형상을 포함하도록 조립이 가능하며, 본 발명의 조립식 연마 패드 내 형성되는 그루브의 형상은 도 7 및 도 8에 제한되는 것은 아니다.
일 실시예에서, 본 발명의 조립식 연마 패드의 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물로부터 형성된 경화물을 포함하는 연마층을 포함할 수 있다.
상기 조성물에 포함되는 각 성분을 이하에 구체적으로 설명한다.
'프리폴리머(prepolymer)'란 경화물 제조에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌디이소시아네이트(p-phenylenediisocyanate), 토리딘디이소시아네이트(tolidinediisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethanediisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(dicyclohexylmethanediisocyanate), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
'폴리올'이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 폴리올은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 폴리카프로락톤 폴리올(polycaprolactone polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3- 프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 폴리올은 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리올은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머는 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함하고, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물은 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 13중량%, 예를 들어, 약 6중량% 내지 약 12중량%, 예를 들어, 약 7중량% 내지 약 11중량%일 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)은 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정의 온도, 압력, 시간 등의 공정 조건 및 상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 이용되는 첨가제의 종류 및 함량 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다.
상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 상기 연마층 내의 최종 경화 구조를 형성하기 위한 화합물로서, 예를 들어, 아민 화합물 또는 알콜 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 지방족 알코올 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디메틸티오톨루엔디아민(dimethyl thio-toluene diamine; DMTDA), 프로판디올 비스 p-아미노벤조에이트(propanediol bis p-aminobenzoate), Methylene bis-methylanthranilate, 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 18 중량부 내지 약 27 중량부, 예를 들어, 약 19 중량부 내지 약 26 중량부, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 26 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 목적하는 연마패드의 성능을 구현하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 발포제는 상기 연마층 내의 기공 구조를 형성하기 위한 성분으로서 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 약 45㎛일 수 있다. 상기 고상 발포제의 평균 입경은 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마층을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 연마층 내에서의 크기가 결정될 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열팽창된(expanded) 입자, 미팽창된(unexpanded) 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 열팽창된 입자는 열에 의해 사전 팽창된 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의한 크기 변화가 작거나 거의 없는 입자를 의미한다. 상기 미팽창된 입자는 사전 팽창되지 않은 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의하여 팽창되어 최종 크기가 결정되는 입자를 의미한다.
상기 팽창성 입자는 수지 재질의 외피; 및 상기 외피로 봉입된 내부에 존재하는 팽창 유발 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외피는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 팽창 유발 성분은 탄화수소 화합물, 클로로플루오로 화합물, 테트라알킬실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄화수소 화합물은 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(n-butane), 이소부탄(isobutene), n-부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 클로로플루오로 화합물은 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 테트라알킬실란 화합물은 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 선택적으로 무기 성분 처리 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 무기 성분 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 실리카(SiO2) 입자 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제의 무기 성분 처리는 복수의 입자 간 응집을 방지할 수 있다. 상기 무기 성분 처리된 고상 발포제는 무기 성분 처리되지 않은 고상 발포제와 발포제 표면의 화학적, 전기적 및/또는 물리적 특성이 상이할 수 있다.
상기 고상 발포제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.7 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.6 중량부일 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 고상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제가 반응하는 과정에서 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 기상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다
일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성은 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마층의 전 영역에 걸쳐 균질한 기공 특성을 구현하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자는 약 5㎛ 내지 약 200㎛의 평균 입경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 열팽창된 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 80㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 45㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 상기 열팽창된 입자의 D50으로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자의 밀도는 약 30kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 38kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발포제는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 고상발포제 및 상기 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인을 통하여 주입될 수 있다. 상기 기상 발포제의 주입 속도는 약 0.8L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.7L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.7L/min일 수 있다.
상기 연마층을 제조하기 위한 조성물은 계면활성제, 반응속도조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 '계면활성제', '반응속도조절제' 등의 명칭은 해당 물질의 주된 역할을 기준으로 임의 지칭하는 명칭이며, 각각의 해당 물질이 반드시 해당 명칭으로 역할에 국한된 기능만을 수행하는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 기공들의 응집 또는 중첩 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 1.9 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도조절제는 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 2-메틸-트리에틸렌디아민, 디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민, 트리이소프로판올아민, 1,4-디아자바이사이클로(2,2,2)옥탄, 비스(2-메틸아미노에틸) 에테르, 트리메틸아미노에틸에탄올아민, N,N,N,N,N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸아미노에틸아민, 디메틸아미노프로필아민, 벤질디메틸아민, N-에틸모르폴린, N,N-디메틸아미노에틸모르폴린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자노보네인, 디부틸틴 디라우레이트, 스태너스 옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디옥틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 말리에이트, 디부틸틴 디-2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디머캅타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민 및 트리에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 0.3 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 약 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 전술한 함량 범위로 사용될 경우, 프리폴리머 조성물의 경화 반응속도를 적절하게 조절하여 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖는 연마층을 형성할 수 있다.
상기 연마패드가 쿠션층을 포함하는 경우, 상기 쿠션층은 상기 연마층을 지지하면서 상기 연마층에 가해지는 외부 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 함으로써 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중의 연마 대상에 대한 손상 및 결함의 발생을 최소화시킬 수 있다.
상기 쿠션층은 부직포 또는 스웨이드를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층은 수지 함침 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 섬유 부직포일 수 있다.
상기 부직포에 함침된 수지는 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
이하, 상기 연마패드를 제조하는 방법을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 다른 구현예에서, 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계; 상기 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하는 연마패드의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계는 디이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물을 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정일 수 있다. 상기 디이소시아네이트 화합물 및 상기 폴리올 화합물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 약 5중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 7중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 14중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 12중량%, 예를 들어, 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머의 말단 이소시아네이트기, 상기 디이소시아네이트 화합물 중 반응하지 않은 미반응 이소시아네이트기 등으로부터 유래될 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 100cps 내지 약 1,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 550cps일 수 있고, 예를 들어, 약 300cps 내지 약 500cps일 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제 또는 기상 발포제를 포함할 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 예비 조성물과 경화제를 혼합하여 제2 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 1,000cps 내지 약 2,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,500cps일 수 있다.
상기 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 경화제를 포함하는 제3 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 예비 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하여 제4 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 예비 조성물은 고상 발포제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층은 상부 플레이트 및 하부 플레이트를 포함하며, 상기 상부 플레이트는, 복수개의 조각으로 구성될 수 있다.
상기 연마층을 제조하기 위해서는 사출 성형에 의해 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 제조하게 된다.
상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트는 상보적으로 결합하기 위한 체결부를 포함하고, 체결부가 포함되는 형상으로 제조하기 위해, 상기 연마층 제조용 조성물을 주형 내에 주입하고 사출 성형하여 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 제조할 수 있다.
상기 사출 성형 방식 이외에 통상적인 연마층의 제조 방법과 동일한 방식으로 몰드에 주입하고 경화하는 방식을 이용할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층을 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 연마층 제조용 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 연마층 제조용 조성물을 상기 예열 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도는 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 65℃ 내지 약 95℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 온도는 약 100℃ 내지 약 130℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 125℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
상기 연마층 제조용 조성물을 상기 제1 온도 하에서 경화시키는 단계는 약 5분 내지 약 60분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 40분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 30분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 25분동안 수행될 수 있다.
상기 제1 온도 하에서 경화된 연마층 제조용 조성물을 상기 제2 온도 하에서 후경화하는 단계는 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 12시간 내지 약 24시간, 예를 들어, 약 15시간 내지 약 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 상부 플레이트를 가공하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 가공 단계는 그루브(groove)를 형성하는 것일 수 있다.
다른 일 실시예로, 상기 상부 플레이트의 일면을 가공하는 단계는 상기 상부 플레이트의 일면 상에 그루브(groove)를 형성하는 단계 (1); 상기 상부 플레이트의 적어도 일면을 선삭(line turning)하는 단계(2); 및 상기 상부 플레이트의 적어도 일면을 조면화하는 단계 (3) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)에서, 상기 그루브(groove)는 상기 상부 플레이트의 중심으로부터 소정의 간격으로 이격형성되는 동심원형 그루브; 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브 및 격자형 그루브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2)에서, 상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 상부 플레이트를 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 단계 (3)에서 상기 조면화는 상기 상부 플레이트의 표면을 샌딩 롤러(Sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 그루브가 형성된 상부 플레이트는 절단하는 방식으로 상부 플레이트 조각으로 제조될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 하부 플레이트의 이면 상에 쿠션층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 쿠션층이 적층되는 일면의 다른 일면은 상부 플레이트와 결합하기 위한 체결부가 형성된 면이다.
상기 하부 플레이트 및 상기 쿠션층은 열융착 접착제를 매개로 적층될 수 있다.
상기 연마층의 하부 플레이트의 이면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 상기 하부 플레이트와 맞닿을 표면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하며, 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 맞닿도록 상기 하부 플레이트와 상기 쿠션층을 적층한 후, 가압 롤러를 이용하여 두 층을 융착시킬 수 있다.
또 다른 일 실시예에서, 연마층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및 상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함한다.
도 9는 일 구현예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도를 도시한 것이다. 도 9를 참조할 때, 상기 일 실시예에 따른 연마패드(510)를 정반(520) 상에 장착한 후, 연마 대상인 반도체 기판(530)을 상기 연마패드(510) 상에 배치한다. 이때, 상기 반도체 기판(530)의 피연마면은 상기 연마패드(510)의 연마면에 직접 접촉된다. 연마를 위해 상기 연마패드 상에 노즐(540)을 통하여 연마 슬러리(550)가 분사될 수 있다. 상기 노즐(540)을 통하여 공급되는 연마 슬러리(550)의 유량은 약 10 ㎤/분 내지 약 1,000 ㎤/분 범위 내에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 50 ㎤/분 내지 약 500 ㎤/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 상기 반도체 기판(530)과 상기 연마패드(510)는 서로 상대 회전하여, 상기 반도체 기판(530)의 표면이 연마될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(530)의 회전 방향 및 상기 연마패드(510)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 반도체 기판(530)과 상기 연마패드(510)의 회전 속도는 각각 약 10 rpm 내지 약 500 rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30 rpm 내지 약 200 rpm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 기판(530)은 연마헤드(560)에 장착된 상태로 상기 연마패드(510)의 연마면에 소정의 하중으로 가압되어 맞닿게 한 뒤 그 표면이 연마될 수 있다. 상기 연마헤드(560)에 의하여 상기 반도체 기판(530)의 표면에 상기 연마패드(510)의 연마면에 가해지는 하중은 약 1 gf/㎠ 내지 약 1,000 gf/㎠ 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 10 gf/㎠ 내지 약 800 gf/㎠일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 연마패드(510)의 연마면을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 반도체 기판(530)의 연마와 동시에 컨디셔너(570)를 통해 상기 연마패드(110)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 연마패드(510)의 연마면이 연마에 적합한 상태로 유지되기 어렵거나, 연마 대상 막에 대한 연마면의 변경이 필요한 경우, 앞서 설명한 바와 같이 상부 플레이트 조각을 교체하는 방식으로 쉽게 이용이 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
100: 연마층 200: 상부 플레이트
210, 220, 230, 240, 250, 260: 상부 플레이트 조각
211: 체결 홈 300: 하부 플레이트
301: 체결돌기
410: 동심원형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각
420: 격자형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각
510: 연마패드 520: 정반
530: 반도체 기판 540: 노즐
550: 연마 슬러리 560: 연마헤드
570: 컨디셔너

Claims (10)

  1. 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 조성물의 경화물을 포함하는 연마층이며,
    상기 연마층은 연마면을 포함하는 상부 플레이트; 및
    상기 상부 플레이트와 상보적으로 결합할 수 있는 제1 체결부가 형성된 하부 플레이트를 포함하며,
    상기 상부 플레이트는 하부 플레이트의 제1 체결부와 결합할 수 있는 제2 체결부가 형성되며,
    상기 상부 플레이트는 복수 개의 조각으로 구성되어 하부 플레이트와 결합하며,
    상기 상부 플레이트는 연마 공정의 진행 후, 절삭된 상부 플레이트 조각을 대체하여, 동일한 형상의 조각으로 교체가 가능하며,
    상기 상부 플레이트 조각 간에 물성 또는 평균 연마율이 동일 또는 상이한
    조립식 연마 패드.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 조각은 하부 플레이트와 결합에 의해 원 형상의 연마층을 형성하며,
    상기 상부 플레이트 조각은 부채꼴 형상, 사다리꼴 형상, 삼각 형상, 사각 형상 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택되는
    조립식 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트는 반도체 기판의 연마 대상막이 맞닿도록 상대 회전하여 반도체 기판을 연마하며,
    상기 반도체 기판의 연마 대상막의 연마 성능의 향상을 위해, 상부 플레이트 조각 간에 물성 또는 평균 연마율을 동일 또는 상이하도록 하부 플레이트와 결합하는
    조립식 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부 플레이트 조각은 기공의 평균 직경 및 밀도가 동일 또는 상이한
    조립식 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마층은 연마면에 그루브를 포함하며,
    상기 그루브는 중심으로부터 소정의 간격으로 이격 형성되는 동심원형 그루브, 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브, 격자형 그루브 및 이들의 혼합 그루브로 이루어진 군으로부터 선택되는
    조립식 연마 패드.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연마층은 동심원형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각, 방사형 그루브가 형성된 상부 플레이트 조각, 격자형 그루부가 형성된 상부 플레이트 조각 및 이들의 혼합으로 이루어진 군으로부터 선택된 상부 플레이트 조각이 결합되어 연마면의 그루브를 형성하는
    조립식 연마 패드.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 우레탄계 프리폴리머는 NCO%가 5 내지 13%인
    조립식 연마 패드.
  9. ⅰ) 우레탄계 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계;
    ⅱ) 상기 우레탄계 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계;
    ⅲ) 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계; 및
    ⅳ) 상기 연마층을 성형하여 상부 플레이트 및 하부 플레이트로 제조하는 단계를 포함하며,
    상기 상부 플레이트는 일면이 반도체 기판과 맞닿도록 상대 회전하여 반도체 기판을 연마하는 연마면을 포함하며, 다른 일면은 하부 플레이트와 결합할 수 있는 체결 홈이 형성되며,
    상기 하부 플레이트는 상부 플레이트와 상보적으로 결합할 수 있는 체결돌기가 형성되며,
    상기 상부 플레이트는 복수 개의 조각으로 구성되어 하부 플레이트와 결합하며,
    상기 상부 플레이트는 연마 공정의 진행 후, 절삭된 상부 플레이트 조각을 대체하여, 동일한 형상의 조각으로 교체가 가능하며,
    상기 상부 플레이트 조각 간에 물성 또는 평균 연마율이 동일 또는 상이한
    조립식 연마 패드의 제조 방법.
  10. 1) 연마층을 포함하는 조립식 연마패드를 제공하는 단계; 및
    2) 상기 연마층의 연마면에 반도체 기판의 피연마면이 맞닿도록 상대 회전시키면서 상기 반도체 기판을 연마시키는 단계;를 포함하고,
    상기 연마층은 연마면을 포함하는 상부 플레이트; 및
    상기 상부 플레이트와 상보적으로 결합할 수 있는 체결 돌기가 형성된 하부 플레이트를 포함하며,
    상기 상부 플레이트는 연마면의 다른 일면 상에 하부 플레이트와 결합할 수 있는 체결 홈이 형성되며,
    상기 상부 플레이트는 복수 개의 조각으로 구성되어 하부 플레이트와 결합하며,
    상기 상부 플레이트는 연마 공정의 진행 후, 절삭된 상부 플레이트 조각을 대체하여, 동일한 형상의 조각으로 교체가 가능하며,
    상기 상부 플레이트 조각 간에 물성 또는 평균 연마율이 동일 또는 상이한
    반도체 소자의 제조 방법.
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