KR102508565B1

KR102508565B1 - 평탄화 공정용 2중층 연마패드 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR102508565B1
Application number: KR1020210086184A
Authority: KR
Inventors: 김종수
Original assignee: 에스씨엠티 주식회사
Priority date: 2021-07-01
Filing date: 2021-07-01
Publication date: 2023-03-10
Also published as: KR20230005452A

Abstract

본 발명은 연마패드의 소프트층인 기초층과 하드층인 연마층 사이에 접착층을 사용하지 않고 두 층을 공유결합으로 직접 결합시켜 결합력을 증가시킬 뿐 아니라 접착층으로 인한 층간 버블 및 오염을 방지하는 2중층 연마패드에 관한 것으로, 본 발명의 연마패드는 기초층과 연마층이 공유결합으로 강하게 결합하기 때문에 연마 공정 중 두개 층 사이가 분리되거나 갈라지는 위험이 현저히 감소하며, 두 개 층 사이에 접착층이 개재된 3층 구조의 층들 사이에 공기 버블(air bubbles) 또는 외부의 오염물질(contaminants)이 인입되어 형성되는 연마 패드면의 돌기(protrusions) 생성을 억지해 돌기로 인해 발생하는 스크래칭 결함(scratching defects)과 연마의 불균일성(non-uniformity)을 방지할 수 있다.

Description

평탄화 공정용 2중층 연마패드 및 그 제조방법{Double-layered Polishing Pad for Planarization Process and Manufacturing Method Thereof}

본 발명은 기판의 표면의 평탄화 공정에 사용되는 연마패드(PAD)에 관한 것으로, 특히 상세하게는 연마패드의 소프트층인 기초층과 하드층인 연마층 사이에 접착층을 사용하지 않고 두 층을 공유결합으로 직접 결합시켜 결합력을 증가시킬 뿐 아니라 접착층으로 인한 층간 버블 및 오염을 방지하는 2중층 연마패드에 관한 것이다.

반도체 집적회로 소자는 웨이퍼 상에 사진, 식각, 확산, 금속 증착 등의 공정을 선택적이고도 반복적으로 수행하게 됨으로써 이루어진다. 반도체 집적회로 소자를 대량으로 제조하기 위하여 사용되는 반도체 웨이퍼는 웨이퍼 상에 설정된 소자 패턴을 형성하는 과정에서 후면 식각(etch back)이나 연마(polishing) 공정을 거의 필수적으로 거치게 된다. 산화막, 질화막, 금속막 등과 같은 반도체 웨이퍼 상에 적층된 다양한 종류의 막들을 웨이퍼의 바닥면을 기준으로 수평방향으로 평탄화하기 위한 대표적 공정의 하나로 화학적 기계적 연마(CMP: Chemical Mechanical Polishing) 공정이 널리 알려져 있다.

이러한 화학적 기계적 연마 공정에서, 주로 연마되는 막은 금속 및 유전막이다. 하부에 패턴(pattern)이 존재하는 웨이퍼 상에 증착(deposition) 공정을 거친 반도체 웨이퍼의 표면을 화학적, 기계적으로 연마하기 위한 CMP 설비는 도 1에 도시된 바와 같이 통상적으로 구성된다. 도 1은 연마패드를 중심으로 화학적 기계적 연마장치를 도시한 개념도로, 연마 플래튼(platen)(2)은 그 상부에 연마패드(1)를 부착하고 부착된 패드를 지지하며 회전(a)시키기 위해 사용된다. 웨이퍼 헤드 캐리어(wafer head carrier)(5)에 의해 고정되고 회전(b)되는 웨이퍼(6)는 플래튼에 의해 회전되는 연마패드와 접촉된다. 상기 연마패드의 중심 부위에는 소정의 케미컬(chemical)을 포함한 연마제인 슬러리(slurry)(d)가 노즐(4)을 통해 공급되며, 상기 슬러리는 연마패드의 회전력에 의해 연마패드의 상면에 균일하게 도포된다. 상기 연마패드가 회전하는 동안에 웨이퍼 헤드 캐리어(5)에는 일정한 압력(c)이 가해지며 따라서 웨이퍼 헤드 캐리어에 부착된 웨이퍼는 슬러리가 도포된 연마패드와 접촉된다. 따라서, 상기 슬러리, 연마패드, 및 웨이퍼의 표면간에는 화학적 기계적 반응이 일어나게 되고, 웨이퍼의 상부 표면에서부터 하부로 연마 대상의 막질이 점차로 미세하게 제거된다. 웨이퍼에 형성된 연마 대상 막질은 연마 패드의 표면과 그 상면에 분포되는 슬러리에 의한 화학적 기계적 마찰 과정에서 웨이퍼의 표면에서부터 연마되어, 설정된 연마시간 구간 이후에는 웨이퍼의 상부표면이 정해진 두께만큼 평탄하게 된다. 결과로서, 연마된 웨이퍼의 표면상태는, 연마패드와 웨이퍼 사이의 기계적 마찰, 연마패드의 재질과 그 특성, 케미컬, 슬러리의 조성 및 분포 상태, 연마패드 표면의 굴곡 상태 등에 의해 영향을 받게 된다.

화학적 기계적 연마 설비는 장시간 사용하게 되면 연마패드의 표면상태가 점차로 불규칙한 굴곡면을 가지게 되어, 웨이퍼의 표면을 원하는 평탄도로 가공하지 못한다. 따라서, 화학적 기계적 연마 설비에는 연마패드의 평탄도를 지속적으로 유지할 수 있도록 미리 설정된 시간 주기로 연마패드의 표면을 균일하게 연삭하는 컨디셔너(conditioner)(3)가 설치된다. 이러한 컨디셔너에는 인조 다이아몬드 등의 연삭수단이 부착되어 있으며, 상기 연삭수단은 연삭의 필요시 연마패드의 표면에 접촉되어 수직 승·하강 구동 및 고속 회전하게 된다. 상기 컨디셔너는 회전하는 연마 패드의 방사 방향으로 왕복 이동하여 연마패드의 전체 표면에 대하여 소정 두께로 제거하는 컨디셔닝 공정을 수행한다. 그렇지만 통상적으로 폴리우레탄 계열의 화합물로 만들어지게 되는 연마패드는 사용수명이 정해져 있기 때문에 컨디셔너로 연삭한다고 무제한 사용할 수는 없고, 일정 사용시간이 경과하면, 새로운 CMP 연마 패드로 교체해야 하므로 경제성 있는 연마패드 및 제조방법의 개선이 요구된다.

대한민국 공개특허 제10-2018-0056786호는 [적층 제조 프로세스를 이용하여 진보된 연마 패드를 형성하기 위한 방법 및 장치]에 관한 기술로 3차원(3D) 프린팅 프로세스와 같은 적층 제조 프로세스에 의해 제조될 수 있는 연마패드 제조에 대한 기술을 개시하였다. 그러나 상기 기술은 복수개의 연마층을 형성하면서 각 층별로 패턴을 형성하는 등 제조공정이 복잡하여 경제성있는 연마패드와는 거리가 있다는 문제점을 가진다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 경제성이 있으면서도 하드층인 연마층과 소프트층인 기초층이 작업 중 분리되거나 갈라지지 않도록 결합력과 내구성을 강화하여 작업 안전성이 우수한 연마패드 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 평탄화 공정용 2중층 연마패드로, 상기 2중층 연마패드는: 상면에 그루브 패턴이 형성되고, 30 내지 50 쇼어 D의 경도를 갖는 열경화성 폴리우레탄 재질의 하부 기초층; 및 내부에 직경 50 내지 150㎛ 범위의 기공이 0.1% 내지 50%의 공극률로 분포하고, 55 내지 90 쇼어 D의 경도를 갖는 열경화성 폴리우레탄 재질의 상부 연마층을 포함하고, 상기 하부 기초층의 상면과 상기 상부 연마층의 하면은 접착제를 개재하지 않고 서로 접하여 결합하되, 상기 결합은 화학적 공유결합인, 2중층 연마패드를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 그루브는 음각의 넓이 범위가 0.1mm 내지 0.7mm이고, 양각의 넓이 범위는 0.5mm 내지 1.2mm이며, 상기 양각과 상기 음각의 단차는 0.2mm 내지 1mm인, 2중층 연마패드를 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 연마패드의 두께 범위는 2.5mm 내지 4.5mm이고, 상기 연마층의 두께 범위는 1.5mm 내지 2.5mm이며, 상기 기초층의 두께 범위는 1.0mm 내지 2.0mm인, 2중층 연마패드를 제공한다.

본 발명은 또한, 2중층 연마패드를 제조하는 방법으로, 상기 방법은: 제1 혼합탱크에서 이소시아네이트, 윤활제 및 기공형성제를 혼합하여 제1 예비혼합물을 형성하고, 제2 혼합탱크에서 폴리올, 경화제 및 광개시제를 혼합하여 제2 예비혼합물을 형성하며, 제3 혼합탱크에서 이소시아네이트 및 윤활제를 혼합하여 제3 예비혼합물을 형성하고, 제4 혼합탱크에서 폴리올, 경화제, 및 광개시제를 혼합하여 제4 예비혼합물을 형성하는 단계; 상기 제1 예비혼합물과 상기 제2 예비혼합물을 혼합한 연마층 원료 혼합물 및 상기 제3 예비혼합물과 상기 제4 예비혼합물을 혼합한 기초층 원료 혼합물을 다층(multi-layer) 압출기로 주입하여 2중 합지층을 형성하는 단계; 상기 이중 합지층을 압출 성형장치인 티(T)-다이스 장치에 주입하여 2중 복합막층으로 배출시키는 단계; 및 상기 배출된 2중 복합막층의 연마층 부위가 그루브 패턴이 형성된 롤러와 접하도록 가압, 가열 및 냉각 롤러부를 통과시켜, 그루브 패턴이 연마층 표면에 형성되고 2중 층 사이에 공유결합층이 형성된 공유결합 2중층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 기공형성제는 기체 또는 기체를 채워 팽창시킨 중공 폴리머 미소구체인, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 2중 합지층을 형성하는 단계는, 기어펌프를 사용하여 상기 연마층 원료 혼합물의 중량비를 50% 내지 70% 범위로 배분하고, 피더블럭을 사용하여 2중층으로 합치는, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 그루브 패턴이 연마층 표면에 형성되도록 하는 단계는, 상기 배출된 2중 복합막층의 연마층 표면이 그루브 패턴이 형성된 롤러와 접하고 상기 2중 복합막층의 기초층은 표면이 평탄한 롤러와 접하도록 롤러부를 통과시키고, 상기 그루브 패턴이 형성된 롤러의 재질은 알루미늄, 스틸, 울트라 몰드재료, 실리콘, 및 실리콘 라이닝을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 공유결합 2중층을 형성하는 단계는, UV 경화공정을 더 포함하는, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 UV 경화공정은, 오븐 가열공정을 더 포함하는, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 제1 예비혼합물 내지 상기 제4 예비혼합물을 형성하는 단계는, 상기 제1 혼합탱크 내지 제4 혼합탱크 중 적어도 하나 이상에 진공장치로 탈기하는 단계를 더 포함하는, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 기공형성제는, 폴리비닐 알코올, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 히드로프로필메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸 렌 글리콜, 폴리히드록시에테르아크릴라이트, 전분, 말레산 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 시클로덱스트린, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 아크릴로니트릴, 및 비닐리덴 클로라이드의 코폴리머를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 경화제는, 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린(MBCA), 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)(MOCA), 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6 디아닐린), 메틸렌 디아닐린, 4,4'=메틸렌-비스-(오르토클로로아닐린), 디메틸티오톨루엔디아민, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트, 폴리프로필렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트, 폴리프로필렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-메틸렌-비스-아닐린, 디에틸 톨루엔디아민을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 이소시아네이트는, 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 토리딘 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐 메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트 및 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 비스 4,4'- 시클로헥실이소시아네이트, 시클로헥실 디이소시아네이트, 프로필렌-1,2-디이소시아네이트, 테트라메틸렌-1,4-디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌-디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸시클로헥산, 메틸 시클로헥실렌 디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 광개시제는, UV에 노출되면 분할되어 중합을 개시할 수 있는 자유 라디칼을 즉시 산출해내는, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 아세틸 페논, 알킬 페논, 및 포스핀 옥사이드를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 UV 경화공정은 후속공정으로, 상기 2중 복합막층의 기초층 하부면에 감압성 접착제(Pressure Sensitive Adhesive, PSA)를 합지하는 단계, 및 연마패드로 절단하는 단계를 더 포함하는, 2중층 연마패드를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 연마패드는 기초층과 연마층이 공유결합으로 강하게 결합하기 때문에 연마 공정 중 두개 층 사이가 분리되거나 갈라지는 위험이 현저히 감소하며, 두 개 층 사이에 접착층이 개재된 3층 구조의 층들 사이에 공기 버블(air bubbles) 또는 외부의 오염물질(contaminants)이 인입되어 형성되는 연마 패드면의 돌기(protrusions) 생성을 억지해 돌기로 인해 발생하는 스크래칭 결함(scratching defects)과 연마의 불균일성(non-uniformity)을 방지할 수 있다.

도 1은 연마패드를 중심으로 화학적 기계적 연마장치를 도시한 개념도이다.
도 2는 종래기술의 접착층이 연마층과 기초층 사이에 개재된 다중층 연마패드를 도시한 개념도이다.
도 3은 종래기술의 다중층 연마패드 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드 제조방법을 나타내는 공정도이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드 제조를 위한 연마층 원료 및 기초층 원료 혼합 배합기를 각각 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드 제조를 위한 공정 장치를 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드를 도시한 단면도이다.

다양한 구현예가 도면을 참조하여 개시된다. 아래 설명에서는 하나 이상의 구현예에서 전반적 이해를 돕기 위해 다수의 구체적인 세부사항들이 개시된다. 그러나 각 구현예는 이러한 구체적인 세부사항들 없이도 실행될 수 있다는 점이 인식되어야 한다. 이후의 기재 및 첨부된 도면은 하나 이상의 구현예의 특정한 예시를 상세하게 기술한다. 하지만, 이러한 예시는 예시적인 것이고 다양한 구현예의 원리에서 다양한 방법 중 일부가 이용될 수 있으며 기술되는 설명은 그러한 구현예 및 균등물을 모두 포함하고자 하는 의도이다.

다양한 구현예 및 특징이 다수의 부품 및 구성부를 포함할 수 있는 장치에 의하여 제시될 것이다. 다양한 장치가 추가적인 부품, 구성부를 포함할 수 있고 그리고/또는 도면과 관련하여 논의된 부품, 구성부 모두를 포함할 수 없다는 점 또한 이해되고 인식되어야 한다.

또한, "포함한다" 및/또는 "포함하는"이라는 용어는, 해당 특징, 단계, 동작, 구성요소 및/또는 구성부가 존재함을 의미하지만, 하나 이상의 다른 특징, 단계, 동작, 구성요소, 구성부 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 달리 특정되지 않거나 단수 형태를 지시하는 것으로 문맥상 명확하지 않은 경우에, 본 명세서와 청구범위에서 단수는 일반적으로 "하나 또는 그 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다. 이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

화학적 기계적 연마공정용 연마패드에서, 연마층인 경질 연마패드는 우수한 다이-레벨 평탄도를 나타내지만, 저하된 웨이퍼-레벨 균일도 성능을 가지며 연마되는 기판에 스크래치와 같은 결함을 생성하기도 한다. 반면에, 기초층인 연질 연마 패드는 낮은 다이-레벨 평탄도를 나타내지만, 우수한 웨이퍼-레벨 균일도 성능을 가지며 낮은 결함 특성을 제공한다. 따라서 상기 2개층을 접합하여 단점을 상호보완하는 연마패드를 제작하게 된다.

도 2는 종래기술의 접착층이 연마층과 기초층 사이에 개재된 다중층 연마패드를 도시한 개념도이다. 도 2를 참조하면, 화학적 기계적 연마장치 설비의 플래튼(platen)(2)에 연마 패드(1)를 부착하기 위한 감압성(Pressure Sensitive Adhesive, PSA) 접착부(25)의 상부에는 소프트층인 기초층(20)이 형성되고, 그 상부에는 또 다른 감압성 감압성 접착층(15)을 개재하여 하드층인 연마층(10)이 형성된다. 상기 접착층(15)은 상기 기초층(20)과 연마층(10)를 일체로 접착하기 위한 역할을 한다. 다중층 연마패드는 각기 다른 설비 및 공정에서 단일 특성을 갖는 슬라이스 패드를 얻은 후, 이들을 서로 접착하여 제조할 수 있다.

기초층(20)은 연마층(10)과는 다른 정수율(hydrostatic modulus)을 가지며, 균일한 연마가 이루어질 수 있도록 반도체 표면을 가로질러 동일한 압력을 제공하는 압력 이퀄라이저(equalizer) 역할을 한다. 연마패드에 기초층(20)이 없으면, 연마 후의 웨이퍼의 균일성(uniformity)이 떨어진다.

도 3은 종래기술의 다중층 연마패드 제조방법을 나타내는 공정도이다. 종래의 연마 패드는 전형적으로 폴리우레탄 재료들을 포함하는 폴리머 재료들을 성형, 캐스팅 또는 소결함으로써 제조된다. 성형의 경우에, 연마 패드들은 예를 들어 사출 성형에 의해 한 번에 하나씩 제조될 수 있다. 캐스팅의 경우에, 액체 프리커서가 캐스팅되어 케이크로 경화되는데, 이 케이크는 후속하여 개별적인 패드 조각들로 슬라이싱 된다. 그 후, 이러한 패드 조각들은 최종 두께로 기계 가공될 수 있다. 슬러리 이송을 돕는 홈들을 포함하는 패드 표면의 그루브들이 사출 성형 프로세스의 일부로서 형성되거나 또는 기계 가공될 수 있다. 이러한 연마 패드들을 제조하는 방법들은 도 3에서 기술된 바와 같이 여러 단계의 분리된 제조 공정을 거쳐서 패드 제조 공정 소요시간이 길어 패드 제조 생산성의 저하로 비경제적이다.

또한, 구분된 층별 제조 생산 설비에서 진행되기 때문에 각 개별 공정에서 제작된 소프트층, 하드층 및 2개 층의 접착부로 구성된 4층 구조의 복합막층이 연마하는 동안에 층들 사이가 분리되거나 갈라지는 위험을 야기할 수 있으며 각 층들 사이에 공기 버블(air bubbles) 또는 외부의 오염물질(contaminants)이 인입되어 패드 표면에 돌기(protrusions)가 형성되기도 한다. 이로 인해 발생하는 스크래치 결함(scratch defects)과 연마 후 웨이퍼의 불균일성(nonuniformity)은 연마패드 의 품질 균일성을 저하시켜서 반도체 등의 품질 불량을 야기할 수 있다.

연마패드의 연마 특성을 결정하는 중요한 성질은 연마패드 각 층의 미세 구조이고, 이를 조절하기 위한 하나의 방법은 패드 물질인 폴리머의 화학 조성을 변경하는 것이다. 폴리머 중에서는 연마패드를 만들기 위하여 폴리우레탄, 폴리유레아 및 이들의 코폴리머들이 사용되고, 이러한 폴리머는 이소시아네이트, 폴리올, 폴리아민과 같은 출발 재료 뿐만 아니라 사슬 연장제 및 가교제 등을 사용하여 준비될 수 있다. 프리폴리머(prepolymer)란 일반적으로 일종의 최종 성형품을 제조함에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 성형할 수 있고, 예를 들어 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 이소시아네이트 프리폴리머가 합성되거나 또는 상업적으로 입수된다. 이소시아네이트 프리폴리머는 폴리머 형성을 완성하기 위하여 폴리올 및 폴리아민 경화제 등의 혼합물과 반응될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드 제조방법을 나타내는 공정도이다. 본 발명은 2중층 연마패드를 제조하는 방법으로, 상기 방법은: 제1 혼합탱크에서 이소시아네이트, 윤활제 및 기공형성제를 혼합하여 제1 예비혼합물을 형성하고, 제2 혼합탱크에서 폴리올, 경화제 및 광개시제를 혼합하여 제2 예비혼합물을 형성하며, 제3 혼합탱크에서 이소시아네이트 및 윤활제를 혼합하여 제3 예비혼합물을 형성하고, 제4 혼합탱크에서 폴리올, 경화제, 및 광개시제를 혼합하여 제4 예비혼합물을 형성하는 단계; 상기 제1 예비혼합물과 상기 제2 예비혼합물을 혼합한 연마층 원료 혼합물 및 상기 제3 예비혼합물과 상기 제4 예비혼합물을 혼합한 기초층 원료 혼합물을 다층(multi-layer) 압출기로 주입하여 2중 합지층을 형성하는 단계; 상기 이중 합지층을 압출 성형장치인 티(T)-다이스 장치에 주입하여 2중 복합막층으로 배출시키는 단계; 및 상기 배출된 2중 복합막층의 연마층 부위가 그루브 패턴이 형성된 롤러와 접하도록 가압, 가열 및 냉각 롤러부를 통과시켜, 그루브 패턴이 연마층 표면에 형성되고 2중 층 사이에 공유결합층이 형성된 공유결합 2중층을 형성하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 기공형성제는 기체 또는 기체를 채워 팽창시킨 중공 폴리머 미소구체이다.

본 발명의 일 구현예에 따른, 연마패드 표면에 인 시츄 그루빙(in-situ grooving) 패턴이 형성된 2중층 연마패드(70)를 제조하기 위한 재료는 하드패드인 연마층과 소프트패드인 기초층을 구성하기 위한 두개의 각기 다른 원료군으로 준비된다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 각기 다른 원료는 두 개의 폴리우레탄 수지 원료이되, 기공형성제의 유무로 구분될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 하드패드인 연마층 원료는 기공형성제를 포함하고, 소프트패드인 기초층 원료는 기공형성제를 미포함하며, 각기 서로 다른 2개의 혼합 탱크에서 준비된다. 본 발명의 다른 실시예에서 상기 재료는 다양한 조합으로 선택될 수 있으며, 기초층은 연마층과 동일한 전구체로부터 형성되고, 동일한 다공도를 갖지만, 상이한 경도를 갖도록 조정될 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드 제조를 위한 연마층 원료 및 기초층 원료 혼합 배합기를 각각 도시한 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서, 연마층인 하드패드 제조를 위한 연마층 원료 탱크(50)는 기공 형성제와 윤활제, 및 이소시아네이트를 공급하고 혼합하는 제1 혼합 탱크(54)와 폴리머 물질인 폴리올과 경화제, 및 광개시제를 혼합하는 제2 혼합 탱크(56)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서, 기초층인 소프트패드 제조를 위한 기초층 원료 탱크(51)는 윤활제와 이소시아네이트를 공급하고 혼합하는 제3 혼합 탱크(55)와 폴리머 물질인 폴리올과 경화제, 및 광개시제를 혼합하는 제4 혼합 탱크(57)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 기공형성제는 가스가 채워져서 팽창된 중공 폴리머 미소구체(48) 또는 가스를 포함한다.

본 발명의 일 구현예에서, 하드패드 재료인 연마층 원료는 제1 혼합탱크(54)에 이소시아네이트 프리폴리머와 윤활제 및 기공 형성제인 중공 폴리머 미소구체를 공급하고 혼합하여 형성된 제1 예비 혼합물과, 제2 혼합탱크(56)에 제2 예비 혼합물인 폴리머 물질인 폴리올과 경화제 및 광개시제룰 공급하여 교반기(53)를 이용하여 균일하게 혼합시켜 준비된다. 본 발명의 일 구현예에서, 제1 혼합탱크(54) 및 제2 혼합탱크(56)는 추가로 기공형성제 및 혼합물을 첨가할 때 혼합물에 포획될 수 있는 공기를 제거하고 균질성을 달성하기 위하여 탈기를 위한 진공장치(52)를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 소프트패드 재료인 기초층 원료는 제3 혼합탱크(55)에 이소시아네이트 프리폴리머와 윤활제를 공급하고 혼합하여 형성된 제3 예비 혼합물과, 제4 혼합탱크(57)에 제4 예비 혼합물인 폴리머 물질인 폴리올과 경화제 및 광개시제룰 공급하여 교반기(53)를 이용하여 균일하게 혼합시켜 준비된다. 본 발명의 일 구현예에서, 제3 혼합탱크(55) 및 제4 혼합탱크(57)는 추가로 혼합물을 첨가할 때 혼합물에 포획될 수 있는 공기를 제거하고 균질성을 달성하기 위하여 탈기를 위한 진공장치(52)를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 기공형성제는, 폴리비닐 알코올, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 히드로프로필메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸 렌 글리콜, 폴리히드록시에테르아크릴라이트, 전분, 말레산 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 시클로덱스트린, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 아크릴로니트릴, 및 비닐리덴 클로라이드의 코폴리머를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상이다. 본 발명의 또 다른 구현예에서 기공형성제는, 무기염, 폼 형성제, 초임계 유체, 화학적인 발포제, 미셀(micelle), 블록 코폴리머, 포로겐 재료(porogen material), 수용성 입자형 폴리머 미소구체(polymeric microsphere), 팽창된 중공 폴리머 미소구체(expanded hollow-polymeric microsphere)를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상일 수 있다. 상기 가스가 채워친 팽창된 중공 폴리머 미소구체의 한 가지 예는 스웨덴, 선드스발의 아크조 노벨(Akzo Nobel)사로부터 입수 할 수 있는 미리 팽창된 가스가 채워진 엑스팬슬(EXPANCEL) 아크릴로니트릴 비닐이디엔 클로라이드 미소구체이다. 본 발명의 일 구현예에서 팽창된 중공 폴리머 미소구체는 150 ㎛ 미만의 평균 직경을 가지며, 더 바람직하게는, 약 15에서 80 ㎛ 평균 직경을 가진다. 미소구체의 직경은 변경될 수 있으며, 필요에 따라 상이한 미소구체의 크기 또는 혼합물이 폴리머 재료에 사용될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 최적화된 연마패드의 기공율은 첨가되는 기공 형성제의 농도에 의해 결정되며, 연마 패드는 적어도 0.1 부피 퍼센트의 기공율 농도를 가진다. 유용하게도, 이소시아네이트 물질의 양에 대한 폴리머 미소구체의 양의 비가 0 내지 50 부피%이다. 더 바람직하게는, 이소시아네이트 물질의 양에 대한 폴리머 미소구체의 양의 비가 0.1 내지 40 부피%이다. 이 기공율은 연마 공정중에 연마제인 슬러리를 전달하는 연마 패드의 능력에 영향을 준다. 더 낮은 기공율에서, 연마 패드는 연마 제거 속도가 부족하다. 더 높은 기공율에서, 연마 패드는 요구되는 다이-레벨 평탄도를 얻기 위한 강도가 부족할 수 있다.

우레탄 프리폴리머는 대체로 프리폴리머 사슬의 단부에 반응성 부분을 포함하고 있으며, 이소시아네이트 프리폴리머는 적어도 두 개의 평균 이소시아네이트 반응성 부분을 포함하고 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 2 이상의 더 큰 관능기를 갖는 프리커서 성분들은 2중층 연마패드(70) 내에 더 경질인 재료 영역들을 형성하기 위해 이용되는 재료들에 이용된다. 동일한 방식으로, 복합 재료 2중층 연마 패드(70)의 더 연질인 영역들은 연마 패드 내의 더 경질인 영역들보다 더 적은 관능기를 갖는 재료의 이용에 의해 형성될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 다관능성 이소시아네이트 프리폴리머는 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 이소시아네이트는, 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 토리딘 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐 메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트 및 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 비스 4,4'- 시클로헥실이소시아네이트, 시클로헥실 디이소시아네이트, 프로필렌-1,2-디이소시아네이트, 테트라메틸렌-1,4-디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌-디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸시클로헥산, 메틸 시클로헥실렌 디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트를 포함하는 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 폴리올은 디올, 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리올-디올, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함한다. 바람직하게는, 예비중합체 폴리올은 폴리테트라메틸렌 에테르 글리콜(PTMEG), 폴리 프로필렌 에테르 글리콜(PPG), 에틸렌 또는 부틸렌 아디페이트와 같은 에스테르계 폴리올, 이들의 공중합체 및 이들의 혼합물을 포함하는 군으로부터 선택된다. 전형적으로, 프리폴리머 반응 생성물은 경화성 폴리올, 폴리아민, 알콜 아민 또는 이들의 혼합물과 반응하거나 이들로 경 화된다.

본 발명의 일 구현예에서 경화제는 방향족 디아민 또는 폴리아민으로, 예를 들면 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린(MBCA), 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)(MOCA); 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6 디아닐린); 메틸렌 디아닐린; 4,4'=메틸렌-비스-(오르토클로로아닐린); 디메틸티오톨루엔디아민; 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리테트라메틸렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트; 폴리프로필렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트; 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄; 4,4'-메틸렌-비스-아닐린; 디에틸 톨루엔디아민; 5-tert-부틸-2,4- 및 3-tert-부틸-2,6-톨루엔디아민; 5-tert-아밀-2,4-; 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민; 클로로톨루엔디아민; 트리메티롤 프로판(TMP); 트리 이소프로판올 아민(TIPA); 트리 메틸렌 글리콜 디-피 아미노 벤조에이트; 에틸렌 글리콜(>55%) + 트리에틸렌디아민; 1,4 부탄디올; 및 티오에테르 아로마틱 디아민을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상이다.

본 발명의 일 구현예에서, 고분자량 프리폴리머는 경화제와 혼합 후 반응하여 고상의 폴리우레탄으로 형성되고 추가로 구조적인 강성을 증가시키기 위하여 가열을 통하여 더 경화시킬 수 있다. 또한, 고분자량 프리폴리머 원료에 혼입되는 자외선(UV) 또는 적외선(IR) 경화 가능한 광개시제가 UV 경화에 의해 인 시튜 경화가 수행되어 연마 패드의 기계적인 강성을 증가시킬 수도 있다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 광개시제로 자유 라디칼 광개시제가 이용될 수 있으며, UV 복사에 노출될 때 분할(cleave)되어, 중합을 개시할 수 있는 자유 라디칼을 즉시 산출해내는 개시제이다. 이런 광개시제는 표면 경화 및 벌크 경화 둘 다에 유용할 수 있다. 바람직하게 이런 벌크 경화 광개시제는 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 아세틸 페논, 알킬 페논, 및 포스핀 옥사이드를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 그룹으로부터 선택될 수 있다.

본 발명의 또 다른 구현예에서, 일정량의 이소시아네이트 물질을 제1 혼합탱크(54)에 넣은 후, 교반기(53)가 이소시아네이트 물질을 교반한다. 바람직하게는, 교반기를 1 내지 500 RPM의 속도로 회전시킨다. 더 바람직하게는, 교반기를 1 내지 250 RPM의 속도로 회전시킨다. 가장 바람직하게는, 교반기를 1 내 지 50 RPM의 속도로 회전시킨다. 상기 교반기(53)의 기동시, 폴리머 미소구체를 제1 혼합탱크(54)에 넣을 수 있다. 폴리머 미소구체의 적당량을 측정한 후, 폴리머 미소구체를 이소시아네이트 물질에 넣고 함께 배합하고 교반기(53)의 교반에 의한 보조로 첫번째 예비 혼합물을 형성한다.

본 발명의 일 구현예에서 제1 예비혼합물의 벌크 밀도는 제1 예비혼합물을 수동으로, 주기적으로 분취함으로써 검측될 수 있다. 농도계로부터 얻어진 제1 예비혼합물의 밀도 측정값에 따라 필요한 경우 추가의 이소시아네이트 물질 또는 폴리머 미소구체가 공급되며, 측정된 벌크 밀도가 허용 가능한, 일정한 오차 내에 있다면, 제1 예비혼합물의 준비는 완료된다. 본 발명의 일 구현예에서, 제1 혼합탱크(54)는 진공장치(52)를 구비하여 더 정확한 벌크 밀도 측정값을 얻도록 폴리머 미소구체의 첨가로부터 이소시아네이트 물질의 공급 시 연행된 가스를 제거하거나 탈기한다. 바람직하게는, 제1 혼합탱크(54)를 1 내지 10 토르의 압력에서 탈기한다. 더 바람직하게는, 제1 혼합탱크(54)를 1 내지 5 토르의 압력에서 탈기한다. 가장 바람직하게는, 제1 혼합탱크(54)를 2 토르 미만의 압력에서 탈기한다.

본 발명의 일 구현예에서, 일정량의 폴리머 물질과 광개시제를 제2 혼합탱크(56)에 넣는다. 폴리머 물질을 제2 혼합탱크(56)에 넣은 후, 교반기(53)가 폴리머 물질을 교반한다. 바람직하게는, 교반기를 1 내지 500 RPM의 속도로 회전시킨다. 더 바람직하게는, 교반기를 1 내지 250 RPM의 속도로 회전시킨다. 가장 바람직하게는, 교반기를 1 내 지 50 RPM의 속도로 회전시킨다. 교반기(53)의 기동시, 광개시제를 제2 혼합탱크(56)에 넣을 수 있다. 광개시제를 적당량 측정한 후, 광개시제를 폴리머 물질에 넣고 함께 배합하고 교반기(53)의 교반에 의한 보조로 제2 예비혼합물을 형성한다. 제2 예비혼합물의 벌크 밀도는 제2 예비혼합물을 수동으로, 주기적으로 분취하여 검측가능하다. 농도계로부터 얻어진 제2 예비혼합물의 밀도 측정값에 따라 필요한 경우 추가로 폴리머 물질 또는 광개시제가 공급되며, 측정된 벌크 밀도가 허용가능한 일정한 오차범위 내에 이싸? 제2 예비혼합물의 준비가 완료된다. 본 발명의 일 구현예에서, 제2 혼합탱크(56)는 진공장치(52)를 구비하여 더 정확한 벌크 밀도 측정값을 얻도록 광개시제의 첨가로부터 폴리머 물질의 공급 시 연행된 가스를 제거하거나 탈기한다. 바람직하게는, 제2 혼합탱크(56)를 1 내지 10 토르의 압력에서 탈기한다. 더 바람직하게는, 제2 혼합탱크(56)를 1 내지 5 토르의 압력에서 탈기한다. 가장 바람직하게는, 제2 혼합탱크(56)를 2 토르 미만의 압력에서 탈기한다.

도 6은 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드 제조를 위한 공정 장치를 도시한 개념도이다. 본 발명의 일 구현예에서, 상기 제1 예비혼합물과 상기 제2 예비혼합물을 혼합한 연마층 원료 혼합물 및 상기 제3 예비혼합물과 상기 제4 예비혼합물을 혼합한 기초층 원료 혼합물은 멀티레이어 압출기(60)로 주입된다. 멀티레이어 압출기(60)는 주입된 원료를 가열 및 혼합하면서 스크류 등 이송수단으로 이송되면서 용융되어 압출된다. 본 발명의 일 구현예에서 멀티레이어 압출기(60)와 티(T)-다이스(61) 사이에는 연마층 원료와 기초층 원료가 미리 정한 중량비로 배분되어 합지되도록 하는 장치들이 배열된다. 즉, 멀티레이어 압출기(60)에서 압출된 연마층 원료와 기초층 원료는 기어펌프(미도시)를 사용하여 미리 정한 중량비로 배분되고 피더블럭(미도시)에서 2중 합지층으로 합쳐진 후 티(T)-다이스(61)에 유입된다. 본 발명의 일 구현예에서 하드패드인 연마층 재료와 소프트패드인 기초층을 포함하는 2중층인 복합막층(62)이 티-다이스 후단에서 형성될 수 있다. 상기 복합막층은 티-다이스에서 토출되어 롤러부(63)로 유입된다. 본 발명의 일 구현예에서 상기 연마층 원료 혼합물의 중량비는 50% 내지 70% 범위로 배분된다.

본 발명의 일 구현예에서, 롤러부(63)에서는 연마공정에서 슬러리 운반을 최적화하기 위한 연마패드 표면의 인 시츄 그루브 형성 공정이 수행될 수 있다. 롤러부(63)는 바람직하게는 3개의 롤러, 즉 제1롤러(64), 제2롤러(65) 및 제3롤러(66)로 이루어질 수 있으며, 이 롤러들 사이로 T-다이스(61)의 후단에서 토출되는 복합막층(62)이 통과되어, 서로 열 접착된다. 상기 제2롤러는 상기 제1롤로와 상기 제3롤러 사이에 위치하며, 상기 복합막층은 제1롤러와 제2롤러 사이를 통과한 뒤 연이어 제2롤러와 제3롤러를 통과한다. 즉, 제2롤러와 접한 부위는 제2롤러를 따라서 움직이게 되어, 그 부위는 제2롤러만 접하게 된다. 본 발명의 일 구현예에서 제2롤러(65)는 표면에 양각의 그루브패턴을 구비하고, 상기 제2롤러로 핫 스템핑 방식의 그루브를 상기 복합막층의 한 면에 형성하되, 상기 그루브가 형성되는 복합막층(62)의 한 면은 연마층 원료가 위치하는 면이 된다.

본 발명의 일 구현예에서 상기 제2롤러(65)의 재료는 알루미늄, 스틸, 울트라 몰드 재료 및 이들의 조합인 금속이다. 또는 그루브 패턴을 구비한 실리콘 및 실리콘 라이닝을 포함하며, 실리콘 라이닝은 실리콘 엘라스토머로 만들어지며, 일부 변경에서 실리콘 라이닝을 패턴화하는 것은 리소그래피 또는 엠보싱을 이용하여 실리콘 라이닝을 패턴화하는 단계를 포함한다. 본 발명의 일 구현예에서 연마층 표면의 그루브 패턴의 음각의 너비는 0.1 mm 내지 0.7 mm 범위이고 그루브 패턴의 양각의 너비는 0.5 mm 내지 1.2 mm 범위이며, 그루부 패턴의 깊이는 0.2mm 내지 1mm 범위이다. 본 발명의 일 구현예에서, 롤러는 임의의 적절한 치수가 될 수 있고, 일반적으로 롤러의 치수는 생산할 연마패드의 치수에 의존한다. 일반적으로 패드 치수는 연마할 웨이퍼의 크기에 의존한다. 예를 들면 4, 6, 8, 12 인치 웨이퍼를 연마하기 위한 연마패드의 치수는 각각 12, 20.5, 24.6, 30.5인치가 될 수 있으며, 롤러의 크기는 각각 12, 20.5, 24.6, 30.5인치보다 더 크게 제작된다.

본 발명의 일 구현예에서, 상기 열 접착을 위해 제1롤러(64)와 제2롤러(65)는 약 150℃ 내지 250℃로 가열되며, T-다이스(61)에서 토출되는 복합막층(62)은 약 150℃에서 약 200℃ 정도의 온도일 수 있다. 복합막층은 제1롤러(64)와 제2롤러(65) 사이에 배치되어 있어서, 제1롤러(64)와 제2롤러(65)에서 고압, 고열이 가해지면서 제2롤러(65)가 압착될 때 연마 패드층의 표면에 제2롤러(65)에 새겨진 그루브 패턴이 전사될 수 있다. 제3롤러(66)의 후단으로 유출되는 복합막층의 두께는 대략 2.5 mm 내지 4.5 mm의 범위로 유지될 수 있다. 따라서 복합막층(62)이 롤러부(63)를 통과하면서 가압되고 가열 및 냉각되면서 연마 패드층의 표면에 그루브 패턴이 형성된 연마 패드층과 기초 패드층 사이에 공유 결합층을 형성한 공유결합 2중층(67)을 얻을 수 있다. 이렇게 제1롤러(64)와 제2롤러(65) 사이와 제2롤러(65)와 제3롤러(66) 사이를 통과하면서 고압, 고열 접착된 공유결합 2중층(67)은 어느 정도 냉각되지만, 제2롤러(65)와 제3롤러(66) 사이를 통과하면서 더욱 냉각되도록 구성될 수 있다. 이를 위하여 제3롤러(66)는 약 50℃ 내지 100℃의 온도로 유지될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서, 제2롤러(65)와 제3롤러(66) 사이를 통과한 복합 연마 패드층의 표면에는 그루브 패턴이 형성된다. 본 발명의 일 구현예에서 이런 그루브 패턴들은 CMP 연마 동안 가해지는 압력을 견디기에 충분한 구조적인 강성을 갖도록 하기 위하여 오븐으로 가열하는 큐어링 공정을 통하여 더 경화시키는 단계를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에서, 추가 경화 방식은 고분자량 프리폴리머 원료에 혼입되는 광개시제를 UV 경화장치(68)로 인 시츄 경화를 수행하여 연마 패드의 기계적인 강성을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 경화작업을 거친 상기 공유결합 2중층(67)은 감압성(PSA: pressure sensitive adhesive) 접착제와 합지하는 합지장치(611)에서 합지된다. 상기 감압성 접착제는 감압성 접착제 필름 공급장치(69)에서 공급된다. 본 발명의 일 구현예에서, UV 경화를 위한 광개시제로 자유 라디칼 광개시제가 이용될 수 있다. 상기 광개시제는, UV 복사에 노출될 때 분할 (cleave)되어, 중합을 개시할 수 있는 자유 라디칼을 즉시 산출해내는 개시제이다. 이런 타입의 광개시제는 표면 경화 및 벌크 경화 둘 다에 유용할 수 있다. 바람직하게 이런 벌크 경화 광개시제는 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 아세틸 페논, 알킬 페논, 및 포스핀 옥사이드를 포함하지만 이에 한정되지는 않는 그룹으로부터 선택될 수 있다. 일례에서, 중간 내지 높은 분자량 타입의 광개시제는 PL Industries PL-150 및 IGM Resins Omnipol 1001, 2702, 2712, 682, 910, 9210, 9220, BP, 및 TX의 그룹으로부터 선택되는 재료일 수 있으나, 이들에 한정되지 않는다. 제2롤러(65)와 제3롤러(66) 사이를 통과한 공유결합 2중층(67)은 UV 경화장치(68)로부터 충분한 양의 에너지를 전달받아 고분자량 프리폴리머가 중합될 수 있다. UV경화에 의해 인 시츄 경화가 수행될 수 있다. UV 복사는 170nm 내지 약 500nm의 파장을 가질 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시 예에서, UV 경화에 의한 인 시츄 경화와 독립하여 또는 추가하여, 오븐 등에서 가열하는 열경화 공정을 통하여 폴리머 응력을 더 강화시킴으로써 연마 패드의 기계적인 강성을 더 증가 시키는 단계를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서 UV 경화장치(68)를 통과한 복합 재료 연마 패드의 기초층의 이면에는 감압성 접착제 필름 공급장치(69)로부터 공급되는 양면 감압성 접착제 필름(610)이 합지될 수 있다. 상기 감압성 접착제필름(610)은, 화학적 기계적 연마설비의 연마 플레튼(2)과 접착을 위하여 제공되며 접착용 양면 필름을 합지 함으로써 연마패드를 완성하게 된다. 상기 접착용 양면 PSA 필름 공급장치(69)는 접착용 양면 감압성 접착제 필름(610)을 일정한 장력으로 조절하여 합지 장치(611)로 공급하도록 구성될 수 있다. 접착용 양면 감압성 접착제 필름(610)은 합지 장치(611)에서 패드층(71)과 패드층(72)의 복합막층의 이면에 열 접착된다. 합지 장치(611)는 도면에서 볼 수 있듯이, 상부 및 하부 두 개의 롤러로 이루어진다. 본 발명의 일 구현예에서, 접착용 양면 감압성 접착제 필름(610)의 한 쪽면에 적용된 접착제는 아크릴계일 수 있고, 접착용 양면 감압성 접착제 필름 (610)의 이면, 다른 쪽면에 적용된 접착제는 제거 가능한 고무계 접착제일 수 있다. 더욱이, 아크릴계 접착제 쪽은 기초 패드층(72)에 부착될 수 있고, 고무계 접착제쪽은 CMP 설비의 연마 플레이트 표면에 부착될 수 있다. 접착용 양면 감압성 접착제 필름(610) 이면의 고무계 접착제쪽은 CMP 연마 공정을 위하여 CMP 설비의 연마 플레이트 표면에 부착되기 전까지 박리 라이너로 보호되어져 있고, 이 박리 라이너는 대체로 비압축성이고 또한 대체로 유체 불침투성으로, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 필름, 예컨대, Mylar TM PET 필름이다. CMP 연마 공정을 위하여, 복합 재료 CMP 연마 패드로부터 박리 라이너를 제거하고, 복합 재료 CMP 연마 패드의 뒷면은 접착용 양면 감압성 접착제 필름(610)과 함께 CMP 설비의 플레이트에 부착된다. 합지 장치(611)를 통과한 복합 재료 CMP 연마 패드는 이어서 후단에 길이조절 작동센서(미도시)가 설치되어 있는 패드 커팅장치(612)에서 원하는 형태로 자동으로 커팅하게 된다. 패드 커팅장치(612)의 길이조절 작동센서(미도시)에서 일정한 신호를 메인 제어기(미도시)에 입력함으로써 원하는 치수의 CMP 패드를 얻을 수 있다.

패드 커팅장치(612)의 치수는 임의의 적절한 치수가 될 수 있고, 일반적으로 패드 커팅장치(100)의 치수는 생산할 CMP 패드의 치수에 의존한다. 일반적으로 패드 치수는 연마할 웨이퍼의 크기에 의존한다. 예를 들면 4, 6, 8, 12 인치 웨이퍼를 연마하기 위한 CMP 패드의 치수는 각각 12, 20.5, 24.6, 30.5 인치가 될 수 있다. 본 발명의 일 구현예에서, 길이조절 작동센서(미도시)의 후단에는 패드 커팅장치(612)에서 일정한 크기로 커팅된 CMP 패드를 적치하는 적치대(613)가 배치된다. 이 적치대(613)에는 패드 커팅장치(612)에서 이송된 최종 제품으로서의 2중층 연마패드(70)가 적정한 매수로 적치 된다.

도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른, 2중층 연마패드(70)를 도시한 단면도이다. 본 발명의 일 구현예에서, 연마패드의 연마층인 패드 표면(74)에는 화학적 기계적 연마를 위한 연마제인 슬러리의 원활한 이송을 위하여 양각 무늬가 새겨진 롤러로 압착하므로 그루브 패턴(75)이 형성되었다. 하드층을 이루는 연마층(71) 하부에는 소프트층인 기초층(72)이 감압성 접착층 없이 연마층(71)과 공유결합으로 결합되어 있으며, 상기 기초층(72) 하면에는 화학적 기계적 연마설비의 연마 플레튼(2)과의 접착을 위하여 제공 되는 감압성 접착제 필름(73)이 합지되었다.

본 발명의 연마패드는 반도체 집적 소자 및 실리콘(silicon) 웨이퍼 제조 공정뿐만 아니라 OLED 제조 공정, 마스크 기판, glass LCD, 사파이어 LED 기판 등과 같은 다른 분야에도 광범위하게 사용가능하다. 또한, 평탄화에 부가하여, 버핑(buffing) 및 백랩(backside lapping)과 같은 피니싱(finishing) 공정들을 위해서도 사용될 수 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현 예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1. 연마패드
2. 연마 플래튼
3. 컨디셔너
4. 노즐
5. 헤드 캐리어
6. 웨이퍼
10, 71. 연마층
15. 접착층
20, 72. 기초층
25. 접착부
48. 중공 폴리머 미소구체
50. 연마층 원료 탱크
51. 기초층 원료 탱크
52. 진공장치
53. 교반기
54. 제1 혼합 탱크
55. 제3 혼합 탱크
56. 제2 혼합 탱크
57. 제4 혼합 탱크
60. 멀티레이어 압출기
61. 티(T)-다이스
62. 복합막층
63. 롤러부
64. 제1롤러
65. 제2롤러
66. 제3롤러
67. 2중층
68. UV 경화장치
69. 필름 공급장치
70. 2중층 연마패드
73, 610. 감압성 접착제 필름
74. 패드 표면
75. 그루브 패턴
612. 패드 커팅장치
611. 합지장치
613. 적치대

Claims

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2중층 연마패드를 제조하는 방법으로, 상기 방법은:
제1 혼합탱크에서 이소시아네이트, 윤활제 및 기공형성제를 혼합하여 제1 예비혼합물을 형성하고, 제2 혼합탱크에서 폴리올, 경화제 및 광개시제를 혼합하여 제2 예비혼합물을 형성하며, 제3 혼합탱크에서 이소시아네이트 및 윤활제를 혼합하여 제3 예비혼합물을 형성하고, 제4 혼합탱크에서 폴리올, 경화제, 및 광개시제를 혼합하여 제4 예비혼합물을 형성하는 단계;
상기 제1 예비혼합물과 상기 제2 예비혼합물을 혼합한 연마층 원료 혼합물 및 상기 제3 예비혼합물과 상기 제4 예비혼합물을 혼합한 기초층 원료 혼합물을 다층(multi-layer) 압출기로 주입하여 2중 합지층을 형성하는 단계;
상기 2중 합지층을 압출 성형장치인 티(T)-다이스 장치에 주입하여 2중 복합막층으로 배출시키는 단계; 및
상기 배출된 2중 복합막층의 연마층 부위가 그루브 패턴이 형성된 롤러와 접하도록 가압, 가열 및 냉각 롤러부를 통과시켜, 그루브 패턴이 연마층 표면에 형성되고 2중 층 사이에 공유결합층이 형성된 공유결합 2중층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 기공형성제는 기체 또는 기체를 채워 팽창시킨 중공 폴리머 미소구체인,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 2중 합지층을 형성하는 단계는, 기어펌프를 사용하여 상기 연마층 원료 혼합물의 중량비를 50% 내지 70% 범위로 배분하고, 피더블럭을 사용하여 2중층으로 합치는,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 그루브 패턴이 연마층 표면에 형성되도록 하는 단계는, 상기 배출된 2중 복합막층의 연마층 표면이 그루브 패턴이 형성된 롤러와 접하고 상기 2중 복합막층의 기초층은 표면이 평탄한 롤러와 접하도록 롤러부를 통과시키고,
상기 그루브 패턴이 형성된 롤러의 재질은 알루미늄, 스틸, 울트라 몰드재료, 실리콘, 및 실리콘 라이닝을 포함하는 군에서 선택되는 하나 이상인,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 공유결합 2중층을 형성하는 단계는, UV 경화공정을 더 포함하는,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 7항에 있어서,
상기 UV 경화공정은, 오븐 가열공정을 더 포함하는,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 제1 예비혼합물 내지 상기 제4 예비혼합물을 형성하는 단계는, 상기 제1 혼합탱크 내지 제4 혼합탱크 중 적어도 하나 이상에 진공장치로 탈기하는 단계를 더 포함하는,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 기공형성제는, 폴리비닐 알코올, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 히드록시에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 히드로프로필메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 히드록시프로필셀룰로스, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸 렌 글리콜, 폴리히드록시에테르아크릴라이트, 전분, 말레산 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 시클로덱스트린, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴 클로라이드, 아크릴로니트릴, 및 비닐리덴 클로라이드의 코폴리머를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 경화제는, 4,4'-메틸렌-비스-o-클로로아닐린(MBCA), 4,4'-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)(MOCA), 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6 디아닐린), 메틸렌 디아닐린, 4,4'=메틸렌-비스-(오르토클로로아닐린), 디메틸티오톨루엔디아민, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트, 폴리프로필렌옥사이드 디-p-아미노벤조에이트, 폴리프로필렌옥사이드 모노-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-메틸렌-비스-아닐린, 디에틸 톨루엔디아민을 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 이소시아네이트는, 톨루엔 디이소시아네이트 (TDI), 메틸렌 디페닐 디이소시아네이트(MDI), 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트, 파라-페닐렌 디이소시아네이트, 토리딘 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐 메탄 디이소시아네이트, 헥사메틸렌 디이소시아네이트, 디시클로헥실메탄 디이소시아네이트 및 이소포론 디이소시아네이트, 메틸렌 비스 4,4'- 시클로헥실이소시아네이트, 시클로헥실 디이소시아네이트, 프로필렌-1,2-디이소시아네이트, 테트라메틸렌-1,4-디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌-디이소시아네이트, 시클로부탄-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,3-디이소시아네이트, 시클로헥산-1,4-디이소시아네이트, 1-이소시아네이토-3,3,5-트리메틸-5-이소시아네이토메틸시클로헥산, 메틸 시클로헥실렌 디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 2,4,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 4항에 있어서,
상기 광개시제는, UV에 노출되면 분할되어 중합을 개시할 수 있는 자유 라디칼을 즉시 산출해내는, 벤조인 에테르, 벤질 케탈, 아세틸 페논, 알킬 페논, 및 포스핀 옥사이드를 포함하는 군에서 선택된 하나 이상인,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.
제 7항 또는 제 8항에 있어서,
상기 UV 경화공정은 후속공정으로, 상기 2중 복합막층의 기초층 하부면에 감압성 접착제(Pressure Sensitive Adhesive, PSA)를 합지하는 단계, 및
연마패드로 절단하는 단계를 더 포함하는,
2중층 연마패드를 제조하는 방법.