KR102594068B1 - 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
두께 방향의 세분화된 구조적 설계를 통하여 다양한 연마 대상에 대한 다양한 연마 목적에 부합하는 물성을 제공할 수 있으며, 사용 후 폐기와 관련하여, 기존 연마패드와 달리, 적어도 일부 구성에 재생 또는 재활용 가능한 재질을 적용함으로써 환경 친화성을 확보할 수 있는 연마패드를 제공하고자 한다. 구체적으로, 상기 연마패드는 연마층을 포함하고, 상기 연마층은 연마면을 가지는 연마 가변층; 및 상기 연마 가변층의 상기 연마면의 이면 측에 배치되는 연마 불변층을 포함하고, 상기 연마 불변층은 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물일수 있다.
Description
연마 공정에 적용되는 패드에 관한 것이고, 이러한 패드를 반도체 소자의 제조방법에 적용하는 기술에 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.
본 발명의 일 구현예에서, 두께 방향의 세분화된 구조적 설계를 통하여 다양한 연마 대상에 대한 다양한 연마 목적에 부합하는 물성을 제공할 수 있으며, 연마 공정 중의 구조적 변화에 있어서 적절한 가변성을 바탕으로 장시간 연마 성능이 저하되지 않는 연마패드를 제공하고자 한다. 또한, 연마패드의 사용 후 폐기와 관련하여, 기존 연마 패드와 달리, 적어도 일부 구성에 재생 재질 또는 재활용 가능한 재질을 적용하여 환경 친화적인 목적을 달성하고자 한다.
본 발명의 다른 구현예에서, 상기 연마패드를 적용한 반도체 소자의 제조방법으로서 반도체 기판의 피연마면의 다양성을 확보할 수 있으며, 각각의 피연마면에 대한 적정 연마율을 확보함과 동시에, 우수한 연마 평탄도 및 최저 수준의 결함 발생을 담보할 수 있고, 나아가, 공정 생산성 및 경제성 측면에서 향상된 결과를 수반하는 반도체 소자의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 연마층을 포함하고, 상기 연마층은 연마면을 가지는 연마 가변층; 및 상기 연마 가변층의 상기 연마면의 이면 측에 배치되는 연마 불변층을 포함하고, 상기 연마 불변층은 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물인 연마패드를 제공한다.
상기 연마 가변층과 상기 연마 불변층의 계면이 분리 가능 계면일 수 있다.
상기 연마 가변층 및 상기 연마 불변층은, 각각 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량은 8중량% 내지 20중량%일 수 있다.
상기 제1 조성물은 제1 경화제를 더 포함하고, 상기 제1 경화제는 아민기(-NH2), 수산기(-OH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 반응기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제1 경화제는 상기 반응기로 수산기(-OH)를 포함하는 화합물을 포함하고, 상기 수산기(-OH)를 포함하는 화합물의 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 600mgKOH/g 초과, 900mgKOH/g 이하일 수 있다.
상기 연마 가변층은 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제2 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 50mgKOH/g 이상, 200mgKOH/g 미만인 제2 폴리올을 포함하는 제2 알코올 성분; 및 제2 이소시아네이트 성분의 반응 생성물일 수 있다.
상기 제2 조성물은 제2 경화제를 더 포함하고, 상기 제2 경화제는 아민기(-NH2), 수산기(-OH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 반응기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
상기 제2 경화제는 상기 반응기로 아민기(-NH2)를 포함하는 화합물을 포함하고, 상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 대 상기 제2 경화제 중의 아민기(-NH2)의 몰비가 1:0.80 내지 1:1.20일 수 있다.
상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO)의 함량은 5중량% 내지 11중량%일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 연마면을 가지는 연마층을 포함하는 연마패드를 정반 상에 제공하는 단계; 상기 연마면에 연마대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마대상을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마층은, 상기 연마면을 포함하는 연마 가변층과, 상기 연마 가변층의 상기 연마면의 이면 측에 배치된 연마 불변층을 포함하고, 상기 연마 불변층이 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물인 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 연마 대상의 피연마면이 상기 연마층의 연마면에 가압되는 하중이 0.01psi 내지 20psi일 수 있다.
상기 연마패드는 두께 방향의 세분화된 구조적 설계를 통하여 다양한 연마 대상에 대한 다양한 연마 목적에 부합하는 물성을 제공할 수 있으며, 연마 공정 중의 구조적 변화에 있어서 적절한 가변성을 바탕으로 장시간 연마 성능이 저하되지 않는 효과를 구현할 수 있다. 또한, 상기 연마패드는 사용 후 폐기와 관련하여, 기존 연마패드와 달리, 적어도 일부 구성에 재생 또는 재활용 가능한 재질을 적용함으로써 환경 친화성을 확보할 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드를 적용한 방법으로, 반도체 기판의 피연마면의 다양성을 확보할 수 있으며, 각각의 피연마면에 대한 적정 연마율을 확보함과 동시에, 우수한 연마 평탄도 및 최저 수준의 결함 발생을 담보할 수 있고, 나아가, 공정 생산성 및 경제성 측면에서 향상된 결과를 도출할 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 상기 연마층의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 제1면의 연마 공정 중 변화를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3는 일 구현예에 따른 상기 연마패드의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 제1면의 연마 공정 중 변화를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3는 일 구현예에 따른 상기 연마패드의 단면을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 구현예 또는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예 또는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 하기 명시된 구현예 또는 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이고, 본 발명의 권리 범위는 청구범위의 범주에 의해 정의된다.
도면에서, 필요에 따라, 층 또는 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성의 두께를 확대하여 나타내었다. 또한, 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석된다. 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 의미하는 것으로 해석한다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석된다. 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것으로 해석한다.
본 명세서에서 수치 범위를 나타냄에 있어서 '~ 이상'의 의미는 그 해당 숫자 혹은 그보다 많은 경우를 포함하는 것으로 해석된다. 예를 들어, '2 이상'은 둘 또는 그보다 많은 경우를 의미한다. 또한, 수치 범위에 대한 'X 내지 Y'의 기재는 X 또는 Y를 포함하는 범위로 해석된다. 예를 들어,'25 내지 50'은 25 및 50을 포함하는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서 '제1' 또는 '제2' 등으로 수식되는 구성은 이를 포함하는 상위 구성이 서로 상이하기 때문에 이를 구분하기 위하여 수식하여 기재한 것일 뿐, 이러한 기재 자체로 상호 다른 성분 또는 다른 조성을 포함하는 것으로 해석되지 않는다.
이하, 본 발명에 따른 구현예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
일 구현예에서, 연마층을 포함하고, 상기 연마층은 연마면을 가지는 연마 가변층; 및 상기 연마 가변층의 상기 연마면의 이면 측에 배치되는 연마 불변층을 포함하고, 상기 연마 불변층은 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물인, 연마패드를 제공한다.
도 1은 일 구현예에 따른 상기 연마층(10)의 두께 방향의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 이하, '연마면'과 '제1면'은 동일한 구성을 지칭하는 용어로 사용될 수 있다.
도 1을 참조하면, 상기 연마층(10)은, 상기 연마면(11)을 가지는 상기 연마 가변층(101)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 연마층(10)은, 상기 연마면(11)의 이면 측에 배치되는 상기 연마 불변층(102)을 포함할 수 있다. 상기 연마 가변층(101)과 상기 연마 불변층(102)의 계면은 분리 가능 계면일 수 있다. 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)은, 각각 적어도 하나의 층을 포함할 수 있다.
다른 측면에서 설명하면, 상기 연마층(10)은 제1면(11) 및 그 이면인 제2면(12)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 연마층(10)은 상기 제1면(11)과 상기 제2면(12) 사이에 적어도 하나의 분리 가능 계면(13)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 상기 '분리 가능 계면'이란, 이를 기준으로 한 인접한 두 층을 실질적으로 연속 구조가 아니라 불연속적인 구조로 구분시킬 수 있는 경계면을 의미한다. 일례로, 상기 분리 가능 계면은 소정의 외력으로 탈착 또는 분리되는 경계면으로서, 접착층을 매개로 한 부착면 등이 이에 해당될 수 있다.
상기 연마층(10)은 상기 제1면(11)으로부터 상기 분리 가능 계면(13)까지 영역인 적어도 하나의 연마 가변층(101); 및 상기 분리 가능 계면(13)으로부터 상기 제2면(12)까지 영역인 적어도 하나의 연마 불변층(102)을 포함할 수 있다. 본 명세서에서 상기 '연마 가변층'은 상기 연마패드를 이용한 연마 공정 중에 구조, 형태 등의 물리적 특징 및/또는 조성 등의 화학적 특징이 변화하는 영역을 의미하며, 상기 '연마 불변층'은 상기 연마패드를 이용한 연마 공정 중에 물리적 및/또는 화학적 특징이 실질적으로 변화하지 않는 영역을 의미한다. 상기 '실질적으로 변화하지 않는'다는 의미는 물리적 및/또는 화학적 특징이 전혀 변화하지 않는 경우뿐 아니라, 가압 환경 및 습윤 환경 하에서 연마되어 물리적 및/또는 화학적 특징이 다소 변화할 수는 있으나 상기 연마 가변층과 비교할 때 상당히 미미한 수준으로서 실질적으로 변화하지 않은 것으로 볼 수 있는 경우를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 상기 분리 가능 계면(13)이 하나인 경우를 예시적으로 도시하였으나, 필요에 따라, 상기 연마층(10)은 상기 제1면(11) 및 상기 제2면(12) 사이에 적어도 2개의 분리 가능 계면(13)을 포함할 수도 있다. 이 경우, 상기 연마 가변층(101) 또는 상기 연마 불변층(102)이 각각 복수의 층을 포함할 수 있다.
상기 연마층(10)이 적어도 하나의 상기 연마 가변층(101) 및 적어도 하나의 상기 연마 불변층(102)을 포함하도록 설계됨으로써 두께 방향으로 정밀한 구조적 설계가 가능하며, 이와 같이 두께 방향으로 적층된 각 층이 유기적으로 상호 작용된 물성의 결과로서, 상기 연마면(11)을 통해 산출되는 연마 성능을 목적에 따라 미세하고 정교하게 컨트롤할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마 가변층(101)은 상기 연마층(10) 전체 부피 중의 약 30부피% 내지 약 60부피%일 수 있고, 예를 들어, 약 40부피% 내지 약 60부피%일 수 있고, 예를 들어, 약 45부피% 내지 약 55부피%일 수 있다. 상기 연마층(10) 전체 부피 중의 상기 연마 가변층(101)의 부피가 상기 범위를 만족함으로써, 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)에 의한 전술한 기술적 이점을 확보함과 동시에, 상기 연마패드의 공정 수명을 목적 수준으로 구현하기에 유리할 수 있다.
상기 연마패드는 다양한 목적의 연마 공정에 활용될 수 있다. 예를 들어, 상기 연마패드는 반도체 소자의 제조 공정에 적용될 수 있다. 최근 요구되는 반도체 소자는 집적도가 높아지고 있고, 구조가 3차원적으로 복잡해지고 있다. 이러한 요구에 부합하여 상기 반도체 소자의 제조 과정에서 미세한 공정 컨트롤(Control)이 필수적이다. 반도체 소자에는 다양한 소재 및 다양한 형태의 박막이 포함되는데, 각각의 박막의 재질 및 형태에 따라, 공정 조건이 미세하게 조정된 연마 공정이 요구된다. 상기 연마패드는 이러한 미세한 공정 컨트롤 요소 중 하나로서, 상기 연마패드의 구조, 재질 및 형태 등의 미세한 차이에 의해서도 상기 반도체 소자의 연마 결과는 판이하게 달라질 수 있다.
상기 연마 불변층(102)은, 전술한 바와 같이, 연마 공정 중에 그 물리적 및/또는 화학적 특징이 실질적으로 변화하지 않는 영역으로서, 연마 대상의 피연마면에 직접적인 영향력을 행사하지는 않지만, 상기 연마 가변층(101)과 적층되어 상기 연마패드가 전체적인 구조적 지지 성능, 탄성, 신율 및 인장 강도 등의 물리적/기계적 성능을 적정 수준으로 확보하게 함으로써 결과적인 연마 성능에 직접 또는 간접적인 영향력을 행사하는 구성으로 기능할 수 있다.
이러한 측면에서, 상기 연마 불변층(102)이 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머로 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물을 적용함으로써 그 기술적 이점이 극대화될 수 있다.
상기 제1 우레탄계 프리폴리머에 있어서, 상기 '프리폴리머(prepolymer)’는 경화물의 제조에 있어서 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 상기 프리폴리머는 그 자체로 가열 및/또는 가압 등의 추가적인 경화 공정을 거치거나, 또는 다른 중합성 화합물, 예를 들어, 이종의 모노머 또는 이종의 프리폴리머와 같은 추가 화합물과 혼합하여 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
본 명세서에서 '폴리올(polyol)'은 분자 당 수산기(-OH)를 적어도 2개 포함하는 화합물을 의미한다. 일 구현예에서, 상기 폴리올 화합물은 수산기가 2개인 2가 알코올 화합물 즉, 디올(diol) 또는 글리콜(glycol); 또는 수산기가 3개인 3가 알코올 화합물, 즉, 트리올(triol) 화합물을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 폴리올은 재생 폴리올일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 폴리올은 연마패드의 폐기물로부터 유래된 폴리올일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 폴리올은 상기 연마패드 폐기물의 가수분해 가공물로부터 유래된 폴리올일 수 있다. 상기 '연마패드 폐기물'은 목적하는 연마 공정에서 사용된 후에 폐기되는 연마패드; 또는 연마패드를 제조하는 과정에서 버려지는 부산물을 의미할 수 있다. 일반적으로, 연마패드는 반영구적인 공정 부품으로서 연마 공정에 소정의 시간 동안 적용되고 나면 그 물리적 구조 및/또는 화학적 성질이 더 이상 연마에 적합하지 않기 때문에 교체되어야 하는 부품 중에 하나이다. 또한, 연마패드는 연마 목적에 부합하는 연마면을 제공해야 하기 때문에, 그 제조 과정에서 연마 대상의 품질 안정성을 담보할 수 있는 일부 부분만 채택하고, 나머지 부분은 부산물로서 버려지는 경우가 대부분이다. 이와 같이 사용이 완료된 연마패드; 또는 제조 과정에서 버려지는 연마패드의 부산물이 열경화성 폴리우레탄을 포함하는 경우, 실질적으로 재활용 가능성이 없기 때문에 환경 오염의 주범이 되고 있다. 나아가, 최근 반도체 수요가 증가함에 따라, 반도체 공정 등에 적용된 후 폐기되는 연마패드; 및 연마패드의 제조 분산물의 수량이 지속적으로 증가하고 있어, 이러한 환경 오염의 문제는 더욱 심각해지고 있는 실정이다. 이에 따라, 상기 연마 불변층(102)의 일 구성으로서, 상기 연마패드의 폐기물로부터 유래된 재생 폴리올을 적용하는 경우, 전술한 기술적 목적의 달성과 함께, 친환경적 효과를 구현하는 이점을 얻을 수 있다.
상기 제1 폴리올은 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 약 200mgKOH/g 내지 약 900mgKOH/g, 예를 들어, 약 300mgKOH/g 내지 약 900mgKOH/g, 예를 들어, 약 300mgKOH/g 내지 약 800mgKOH/g, 예를 들어, 약 300mgKOH/g 내지 약 750mgKOH/g일 수 있고, 예를 들어, 약 450mgKOH/g 내지 약 650mgKOH/g일 수 있다. 상기 제1 폴리올로서 이와 같은 수산기가를 갖는 폴리올을 사용하는 경우, 이로부터 유래되는 상기 연마 불변층의 물리적 및/또는 기계적 물성이 상기 연마 가변층과 함께 사용되는 경우 연마 성능의 구현에 유리할 수 있다. 또한, 상기 제1 폴리올이 재생 폴리올로서 상기 연마패드 폐기물로부터 가공 획득되기에 보다 유리할 수 있다. 즉, 상기 제1 폴리올이 상기 연마패드 폐기물의 가수분해(Glycolysis) 가공물로부터 유래된 재생 폴리올인 경우, 상기 재생 폴리올은 상기 연마패드를 구성하던 고분자 사슬이 소정의 단위로 분해되어 적어도 2 이상의 말단 수산기(-OH)를 갖는 알코올 화합물로 제조될 수 있으며, 이러한 방식으로 얻어진 상기 제1 폴리올이 전술한 수산기값을 만족하기에 보다 용이할 수 있다.
상기 제1 폴리올은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 내지 약 1200g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 950g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 800g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 750g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 700g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 650g/mol, 예를 들어, 약 150g/mol 내지 약 600g/mol일 수 있다. 상기 제1 폴리올이 이와 같은 분자량에 상응하는 주쇄 구조를 가짐으로써 상기 제1 알코올 성분과 상기 제1 이소시아네이트 성분이 상호 반응하여 전체적으로 균질한 우레탄 재질을 형성할 수 있으며, 전술한 바와 같이 재생 폴리올로서 상기 연마패드 폐기물로부터 가공 획득되기에 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 알코올 성분은 상기 제1 폴리올 외에 추가 폴리올 화합물을 더 포함할 수 있다. 상기 추가 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 추가 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG), 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3- 프로필렌글리콜, 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, 디에틸렌글리콜(DEG), 디프로필렌글리콜(DPG), 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌트리올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 이소시아네이트 성분은 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다.
상기 제1 이소시아네이트 성분은 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), 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 이소시아네이트 성분은 방향족 디이소시아네이트를 포함하고, 상기 방향족 디이소시아네이트는 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비, 상기 제1 폴리올은 약 10 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 15 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있다. 상기 제1 이소시아네이트 성분 대비 상기 제1 폴리올을 전술한 범위 상대 함량비로 적용함으로써 상기 제1 우레탄계 프리폴리머로부터 유래되는 상기 연마 불변층의 물성이 연마 성능을 목적 수준으로 향상시키기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제1 이소시아네이트 성분은 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 약 30중량% 내지 약 65중량% 일 수 있고, 예를 들어, 약 35중량% 내지 약 60중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 40중량% 내지 약 55중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 40중량% 내지 약 50중량%일 수 있다. 상기 제1 이소시아네이트 성분의 '이소시아네이트기 함량(NCO%)'은 해당 성분 내에 반응되지 않고 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기(-NCO) 중량의 백분율을 의미한다. 상기 제1 이소시아네이트 성분의 NCO%가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 제1 폴리올과의 반응성이 최적으로 구현될 수 있다. 보다 구체적으로, 수산기값 및/또는 중량평균분자량이 각각 전술한 범위를 상기 제1 폴리올과의 반응성 측면에서 유리할 수 있다.
상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 약 8중량% 내지 20중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 18중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 9중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 10중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 10중량% 초과, 약 15중량% 이하일 수 있다. 상기 제1 조성물 중의 '이소시아네이트기 함량(NCO%)'은 상기 조성물 내에 반응되지 않고 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기(-NCO) 중량의 백분율을 의미한다. 상기 제1 조성물의 NCO%는 후술되는 제1 경화제 및 제1 발포제를 제외한 제1 조성물의 총 중량을 기준으로 산정될 수 있다. 상기 제1 조성물의 NCO%가 상기 범위를 만족함으로써 이를 경화하여 제조된 상기 연마 불변층이 최적의 가교 구조를 가질 수 있고, 그 결과, 상기 연마 불변층이 상기 연마 가변층과 적층되어 전체적인 구조상 상기 제1면(11)을 통해 우수한 연마 성능을 제공하는 데 보다 유리할 수 있다.
상기 제1 조성물은 제1 경화제를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 경화제는 상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 적절한 가교 구조를 형성하여 상기 연마 불변층에 적절한 기계적 물성을 부여하며, 상기 연마 불변층과 상기 연마 가변층의 적층 상용성을 향상시키는 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 경화제는 아민기(-NH2), 수산기(-OH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 반응기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 '반응기'는 상기 제1 경화제가 상기 제1 우레탄계 프리폴리머 등의 이종의 화합물과 반응할 때 직접적으로 화학 반응에 참여하는 말단 관능기를 지칭한다. 즉, 상기 제1 경화제는, 예를 들어, 한 분자 내에 반응기로서 아민기(-NH2)를 포함하는 화합물을 포함하거나, 한 분자 내에 반응기로서 수산기기(-OH)를 포함하는 화합물을 포함하거나, 한 분자 내에 반응기로서 아민기(-NH2) 및 수산기(-OH)를 모두 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 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), 메틸렌 비스-메틸안트라닐레이트(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), 트리에탄올아민(triethanolamine), 트리프로판올아민(tripropanolamine), 트리이소프로판올아민(triisopropanolamine) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1 경화제는 상기 반응기로 수산기(-OH)를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 이때, 상기 화합물의 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 약 600mgKOH/g 초과, 약 900mgKOH/g 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 650mgKOH/g 내지 약 850mgKOH/g일 수 있고, 예를 들어, 약 700mgKOH/g 내지 약 800mgKOH/g일 수 있다. 상기 제1 경화제로서 이와 같은 수산기가를 갖는 화합물을 적용하는 경우, 전술한 범위의 수산기가를 갖는 상기 제1 폴리올로부터 유래된 상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 반응될 때 화학 구조적 연계성이 향상될 수 있고, 그 결과, 전체적인 경화 구조가 상기 연마 불변층에 향상된 기계적 물성을 부여하는 측면에서 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 경화제가 상기 반응기로서 수산기(-OH)를 포함하는 화합물을 포함하는 경우, 상기 제1 조성물 중의 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기(-NCO)와 상기 제1 경화제로부터 유래된 수산기(-OH)의 몰비(NCO:OH)는 약 1:2 내지 약 2:1일 수 있고, 예를 들어, 약 1:1.5 내지 약 1.5:1일 수 있고, 예를 들어, 약 1:1.2 내지 약 1.2:1일 수 있다. 상기 제1 경화제를 상기 몰비가 만족되도록 적용함으로써 상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 상기 제1 경화제 사이의 가교 구조가 상기 연마 불변층의 기계적 물성 향상에 보다 유리할 수 있다.
상기 제1 조성물 전체 중의 상기 제1 경화제의 함량은 약 15중량% 내지 약 30중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 18중량% 내지 약 27중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 19중량% 내지 약 26중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 20중량% 내지 약 26중량%일 수 있다. 상기 제1 경화제를 이와 같은 함량으로 적용함으로써 상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 상기 제1 경화제 사이의 가교 구조가 상기 연마 불변층의 기계적 물성 향상에 보다 유리할 수 있다.
상기 제1 조성물은 필요에 따라 제1 발포제를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 발포제는 상기 연마 불변층에 기공 구조를 부여함으로써 밀도 및 탄성을 조절하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 제1 발포제는 예를 들어, 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제1 조성물이 상기 제1 발포제를 더 포함하는 경우, 상기 제1 조성물 전체 중량 100 중량부 대비, 약 0.1 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 5 중량부 포함할 수 있다.
상기 연마 가변층(101)은 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제2 조성물의 경화물을 포함할 수 있다. 상기 제2 우레탄계 프리폴리머에 있어서, 상기 ‘프리폴리머(prepolymer)’는 경화물의 제조에 있어서 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 상기 프리폴리머는 그 자체로 가열 및/또는 가압 등의 추가적인 경화 공정을 거치거나, 또는 다른 중합성 화합물, 예를 들어, 이종의 모노머 또는 이종의 프리폴리머와 같은 추가 화합물과 혼합하여 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머는 수산기가 (Hydroxyl number, OH-Value)가 약 50mgKOH/g 이상, 약 200mgKOH/g 미만인 제2 폴리올을 포함하는 제2 알코올 성분; 및 제2 이소시아네이트 성분의 반응 생성물일 수 있다. 상기 제2 알코올 성분 및 상기 제2 이소시아네이트 성분은 각각 상기 제1 알코올 성분 및 상기 제1 이소시아네이트 성분과 동일한 화합물을 포함할 수도 있고, 상이한 화합물을 포함할 수도 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 이소시아네이트 성분은 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 이소시아네이트 성분은 방향족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 이소시아네이트 성분은 방향족 디이소시아네이트 및 지환족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다.
상기 제2 이소시아네이트 성분은 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), 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 알코올 성분은 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 약 50mgKOH/g 이상, 약 200mgKOH/g 미만인 제2 폴리올을 포함할 수 있다. 상기 제2 폴리올에 있어서, ‘폴리올(polyol)’이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 연마 불변층을 위한 상기 제1 조성물이 상기 제1 알코올 성분으로서 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 전술한 범위를 만족하는 제1 폴리올을 포함함과 동시에, 상기 연마 가변층을 위한 상기 제2 조성물이 상기 제2 알코올 성분으로서 약 50mgKOH/g 이상, 약 200mgKOH/g 미만인 제2 폴리올을 포함함으로써 상기 연마 가변층과 상기 연마 불변층 각각의 물성이 조합되어 상기 연마층 전체의 두께 방향의 특성이 연마 성능의 확보 측면에서 보다 유리하게 구현될 수 있다.
상기 제2 폴리올은 수산기가가 약 50mgKOH/g 이상, 약 200mgKOH/g 미만일 수 있고, 예를 들어, 약 80mgKOH/g 이상, 약 200mgKOH/g 미만일 수 있고, 예를 들어, 약 100mgKOH/g 내지 약 190mgKOH/g일 수 있고, 예를 들어, 약 100mgKOH/g 내지 약 180mgKOH/g일 수 있고, 예를 들어, 약 105mgKOH/g 내지 약 140mgKOH/g일 수 있고, 예를 들어, 약 105mgKOH/g 내지 약 130mgKOH/g일 수 있다. 상기 제2 폴리올로서 이와 같은 수산기가를 갖는 폴리올을 사용하는 경우, 이로부터 유래되는 상기 연마 가변층의 물리적 및/또는 기계적 물성이 상기 연마 불변층과 함께 사용되는 경우 연마 성능의 구현에 있어서 보다 유리할 수 있다.
상기 제2 폴리올은 이의 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol, 예를 들어, 약 300g/mol 내지 약 1800g/mol일 수 있다. 상기 제2 폴리올이 이와 같은 분자량에 상응하는 주쇄 구조를 가짐으로써 상기 제2 알코올 성분과 상기 제2 이소시아네이트 성분이 상호 반응하여 전체적으로 연마 성능의 향상에 유리한 경도 및 신율을 확보할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 알코올 성분은 상기 제2 폴리올 외에 추가 폴리올 화합물을 더 포함할 수 있다.
상기 추가 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 추가 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3- 프로필렌글리콜, 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, 디에틸렌글리콜(DEG), 디프로필렌글리콜(DPG), 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌트리올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 알코올 성분 중의 추가 폴리올 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만일 수 있다. 이 경우, 상기 제2 알코올 성분이 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 내에서 적절한 가교 구조를 형성할 수 있고, 그 결과, 상기 연마 가변층(101)이 적절한 인강 강도, 신율 및 압축 특성을 나타내어 상기 제1면(11)을 통한 연마 성능의 향상에 보다 유리할 수 있다.
상기 제2 우레탄계 프리폴리머는 이의 중량평균분자량(Mw)이 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol일 수 있다. 상기 제2 우레탄계 프리폴리머가 전술한 중량평균분자량(Mw)에 상응하는 중합도를 가지는 경우, 최종 경화물을 포함하는 상기 연마 가변층(101)이 적절한 표면 경도 및 인장 강도를 나타내어, 상기 제1면(11)을 통한 연마 성능을 향상시키는 데 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 이소시아네이트 성분이 방향족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 상기 방향족 디이소시아네이트는 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 제2 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2 이소시아네이트 성분은 방향족 디이소시아네이트 및 지환족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 상기 방향족 디이소시아네이트는 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 상기 지환족 디이소시아네이는 예를 들어, 4,4’-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 제1 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 이소시아네이트 성분 총 중량 100 중량부 대비, 상기 제2 알코올 성분 총 중량이 약 100 중량부 내지 약 180 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 100 중량부 초과, 약 180 중량부 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 110 중량부 내지 약 160 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 120 중량부 내지 약 150 중량부일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2 이소시아네이트 화합물 총 중량 100 중량부 대비, 상기 제2 알코올 성분 총 중량이 약 180 중량부 초과, 약 250 중량부 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 185 중량부 내지 약 250 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 190 중량부 내지 약 240 중량부일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 폴리올이 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG)를 포함하고, 상기 제2 폴리올의 함량은 상기 제2 이소시아네이트 성분 전체 중량 100 중량부 대비, 약 100 중량부 내지 약 250 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 100 중량부 초과, 약 250 중량부 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 110 중량부 내지 약 220 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 110 중량부 내지 약 140 중량부일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2 폴리올이 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG)를 포함하고, 상기 제2 폴리올의 함량은 상기 제2 이소시아네이트 성분 전체 중량 100 중량부 대비, 약 150 중량부 내지 약 250 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 180 중량부 내지 약 230 중량부일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 알코올 성분의 추가 폴리올 화합물이 디에틸렌글리콜(DEG)를 포함하고, 상기 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량은 상기 제2 이소시아네이트 성분 전체 중량 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 20 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 이소시아네이트 성분이 상기 방향족 디이소시아네이트를 포함하고, 상기 방향족 디이소시아네이트가 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 포함하며, 상기 2,6-TDI의 함량은 상기 2,4-TDI 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 40 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 3 중량부 내지 약 28 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부 일 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 2,6-TDI의 함량은 상기 2,4-TDI 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 40 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 이소시아네이트 성분이 상기 방향족 디이소시아네이트 및 상기 지환족 디이소시아네이트를 포함하고, 상기 지환족 디이소시아네이트의 함량은 상기 방향족 디이소시아네이트 전체 100 중량부 대비 약 5 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 10 중량부 내지 약 25 중량부일 수 있다.
상기 제2 우레탄계 프리폴리머가 전술한 조성적 특징을 만족하는 경우, 상기 연마 가변층이 목적하는 가변성을 구현하기 위한 물리적/기계적 물성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 연마 가변층의 상기 제1면 상에 그루브 등의 추가 구성을 형성함에 있어서 향상된 공정성을 확보할 수 있다. 또한, 상기 연마 불변층과 적층된 연마층 전체 구조적 측면에서 두께 방향에 걸친 물성 세분화와 동시에 연마 성능의 구현에 최적화된 통일성을 확보하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제2 조성물은 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 9.5중량%, 예를 들어, 약 8.0중량% 내지 약 9.5중량%일 수 있다. 상기 '이소시아네이트기 함량'은 상기 제2 조성물의 전체 중량 중에서 우레탄 반응되지 않고 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기(-NCO) 중량의 백분율을 의미한다. 상기 제2 조성물의 NCO%는 후술되는 제2 경화제 및 제2 발포제를 제외한 제2 조성물의 총 중량을 기준으로 산정될 수 있다. 상기 제2 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 상기 제2 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 모노머의 종류 및 함량, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 제조 공정의 온도 및 압력 등의 공정 조건, 및 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 제조에 이용되는 첨가제의 종류 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다. 상기 이소시아네이트기 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 제2 조성물의 경화를 통하여 제조된 상기 연마 가변층(101)이 적절한 물리적/기계적 특성을 확보하기에 유리하며, 상기 연마 불변층(102)과 적층된 상태로 적용되어, 연마 대상에 상기 제1면(11)을 통한 우수한 연마 성능을 부여하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량이 상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량보다 많을 수 있다. 즉, 상기 제1 조성물의 NCO% 및 상기 제2 조성물의 NCO%가 각각 전술한 범위를 만족하면서 동시에 상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량이 상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량보다 많을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 조성물의 NCO% 대 상기 제2 조성물의 NCO%의 비율이 약 1:0.6 내지 약 1:0.9, 예를 들어, 약 1:0.65 내지 약 1:0.85, 예를 들어, 약 1:0.70 내지 약 1:0.80일 수 있다. 상기 제1 조성물과 상기 제2 조성물의 각각의 NCO%가 이와 같은 대소 관계를 만족함으로써 상기 연마 불변층과 상기 연마 가변층의 적층 구조에 기인한 물성이 상기 연마패드의 연마 성능의 최적화에 유리할 수 있다.
상기 제2 조성물은 제2 경화제 및 제2 발포제를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 경화제 및 상기 제2 발포제는 각각 상기 제1 경화제 및 상기 제1 발포제와 동일한 화합물을 포함할 수도 있고, 상이한 화합물을 포함할 수도 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 경화제는 아민기(-NH2), 알코올기(-OH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 반응기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 '반응기'는 상기 제2 경화제가 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 등의 이종의 화합물과 반응할 때 직접적으로 화학 반응에 참여하는 말단 관능기를 지칭한다. 즉, 상기 제2 경화제는 한 분자 내에 반응기로서 아민기(-NH2)만 포함하는 화합물을 포함하거나, 한 분자 내에 반응기로서 알코올기(-OH)만 포함하는 화합물을 포함하거나, 한 분자 내에 반응기로서 아민기(-NH2) 및 알코올기(-OH)를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 제2 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), 메틸렌 비스-메틸안트라닐레이트(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), 트리에탄올아민(triethanolamine), 트리프로판올아민(tripropanolamine), 트리이소프로판올아민(triisopropanolamine) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 경화제는 한 분자 내에 반응기로서 알코올기를 포함하는 화합물을 포함하고, 상기 제2 경화제는 한 분자 내에 반응기로서 아민기를 포함하는 화합물을 포함할 수 있다. 상기 제1 경화제와 상기 제2 경화제 각각을 이와 같이 적용함으로써 상기 연마 가변층과 상기 연마 불변층의 계면 물성이 우수하게 확보될 수 있고, 이들의 적층체인 상기 연마층의 전체적인 물성이 연마 성능의 최적화에 보다 유리할 수 있으며, 친환경적 효과를 얻을 수 있다.
상기 제2 조성물 전체 중의 상기 제2 경화제의 함량은 약 15중량% 내지 약 30중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 18중량% 내지 약 27중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 19중량% 내지 약 26중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 20중량% 내지 약 26중량%일 수 있다. 상기 제2 경화제를 이와 같은 함량으로 적용함으로써 상기 제2 조성물의 경화물을 포함하는 상기 연마 가변층이 연마에 적합한 기계적 물성과 적정 가변성을 확보하기에 유리할 수 있다.
상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 대 상기 제2 경화제 중의 반응기의 몰비(NCO:반응기)는 약 1:0.80 내지 약 1:1.20, 예를 들어, 약 1:0.90 내지 약 1:1.10, 예를 들어, 약 1:0.90 내지 약 1:1.00, 예를 들어, 약 1:0.90 이상, 약 1:1.00 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 경화제가 한 분자 내에 반응기로서 아민기를 포함하는 화합물을 포함하는 경우, 상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 대비 상기 제2 경화제의 아민기의 몰비(NCO:NH2)가 상기 범위를 만족할 수 있다. 상기 몰비가 전술한 범위를 만족함으로써 상기 제2 우레탄계 프리폴리머와 상기 제2 경화제의 화학적 반응에 의하여 적절한 가교 구조가 형성될 수 있고, 그 결과, 상기 연마 가변층이 적정 수준의 인장 강도 및 신율 등의 물리적/기계적 물성을 확보하여 상기 제1면을 통해 연마 대상의 피연마면에 우수한 연마 성능을 전달하기에 유리할 수 있다.
상기 연마 가변층(101)은 복수의 기공(15)을 포함하는 다공성 구조일 수 있다. 상기 연마 가변층(101)의 최상부 표면에 위치하는 복수의 기공(15)은 그 내부의 적어도 일부가 외부로 드러나 상기 제1면(11)에 소정의 표면 조도를 부여할 수 있다. 도 2는 연마 공정 중에 일 구현예에 따른 상기 제1면(11)의 구조적 변화를 개략적으로 도시한 것이다. 구체적으로, 도 2는 일 구현예에 따른 상기 복수의 기공(15) 중에서 상기 제1면(11) 상에서 그 내부가 외부로 드러난 일부 기공의 연마 과정 중의 구조적 변화를 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 2를 참조할 때, 상기 복수의 기공(15)은 상기 연마 가변층(101) 전체에 분산되어 있기 때문에, 상기 제1면(11)을 통한 연마 과정에서 최상부면이 점차 깎이더라도 지속적으로 표면 조도를 형성하는 데에 기여할 수 있다. 다만, 상기 제1면(11) 상에 그 내부가 드러난 기공(15)의 경우 소정의 가압 조건 하에서 진행되는 연마 공정이 지속됨에 따라 상기 제1면(11)과 상기 기공(15)의 경계에 해당하는 부분이 물리적으로 압력을 받아 눌리면서 형태가 변형되게 되고, 이러한 현상은 상기 제1면(11)의 표면 조도의 변화에 영향을 주게 된다. 이때, 상기 연마층이 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)의 적층 구조를 포함함으로써 두께 방향의 물성이 적절히 설계되어 상기 제1면(11)이 연마에 적합한 표면 상태를 보다 장시간 동안 유지하는 데 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마 가변층(101)에 포함된 상기 복수의 기공(15)은 그 평균 크기가 약 5㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 35㎛일 수 있다. 상기 복수이 기공이 전술한 크기를 만족함으로써 후술되는 식 1에 의한 제1 연마 가변성 지수가 해당 범위를 만족하기에 유리할 수 있고, 이에 따라, 목적 연마 성능의 구현 자체와 상기 연마 가변층의 수명 기간 전체에 걸쳐 균등한 성능을 구현하는 측면에서 보다 유리할 수 있다. 상기 복수의 기공(15)의 평균 크기는 2차원 값으로서, 상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점을 기준으로 일 표면의 외부로 드러난 기공의 크기를 주사전자현미경(SEM) 또는 투과전자현미경(TEM) 등의 촬영 수단을 이용하여 촬영한 투영상에서 측정된 기공 직경의 수평균 값을 기준으로 한다.
상기 제2 조성물은 제2 발포제를 포함할 수 있다. 상기 제2 발포제는 상기 연마 가변층(101) 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 제2 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마 가변층(101)을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 기공 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 연마 가변층의 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 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 40㎛일 수 있다. 상기 팽창성 입자의 평균 입경은 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
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.
예를 들어, 상기 제2 발포제가 고상 발포제를 포함하고, 상기 고상 발포제는 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 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 중량부 사용될 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 제2 우레탄계 프리폴리머와 상기 제2 경화제가 반응하는 과정 중에 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 제2 우레탄계 프리폴리머와 상기 제2 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어, 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.
일 구현예에서, 상기 제2 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 상기 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 팽창성 입자는 상기 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 팽창성 입자가 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 상기 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성을 다소 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마 가변층의 전 영역에 걸쳐 균일한 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 정의될 수 있다.
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.
다른 구현예에서, 상기 제2 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 제2 발포제가 상기 고상 발포제 및 상기 기상 발포제를 포함하고, 상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 제2 우레탄계 프리폴리머와 상기 고상 발포제 및 상기 제2 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인(line)을 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 연마 가변층을 제조하기 위한 상기 제2 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 폴리머를 포함할 수 있다.
상기 제2 조성물이 상기 계면활성제를 포함하는 경우, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부, 예를 들어, 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 범위의 함량으로 상기 계면활성제를 사용할 경우, 상기 기상 발포제로부터 유래된 기공이 경화 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지되기에 유리할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 수행하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물, 유기금속계 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 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, 디부틸틴 디머캅타이드 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 반응속도조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 조성물이 상기 반응속도조절제를 포함하는 경우, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부, 예를 들어, 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 중량부 포함될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 상기 범위의 함량으로 사용되는 경우, 상기 제2 조성물의 경화 반응 속도를 조절함으로써 상기 연마 가변층이 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖도록 하기에 유리할 수 있다.
상기 연마 가변층 및 상기 연마 불변층 각각의 성분 및 이의 함량이 전술한 바를 만족하는 경우, 이들의 적층체를 적용한 상기 연마층이 두께 방향에 걸쳐 정밀하게 설계된 물성을 구현할 수 있다. 그 결과, 상기 연마층이 상기 제1면을 통하여 연마 대상의 피연마면에 전달하는 탄성 및 강성 등의 기계적 물성이 연마율, 평탄도 및 결함 방지 등의 연마 성능 측면에서 최적화되는 효과를 얻을 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마 가변층은 하기 식 1에 의한 제1 연마 가변성 지수(Polishing variability index)가 약 0.1 내지 약 11.0일 수 있다.
[식 1]
상기 식 1에서, 상기 Ri는 상기 연마 가변층의 수명 도입 시점의 상기 제1면의 표면 조도(Ra)이고, 상기 Rf는 상기 연마 가변층의 수명 종결 시점의 상기 제1면의 표면 조도(Ra)이며, 상기 Ti는 상기 연마 가변층의 수명 도입 시점의 상기 연마패드의 전체 두께이고, 상기 Tf는 상기 연마 가변층의 수명 종결 시점의 상기 연마패드의 전체 두께이다.
상기 연마 가변층(101)은, 전술한 바와 같이, 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중에 물리적 특성 및/또는 화학적 특성이 변화하는 영역으로서 목적 수준의 연마 성능을 제공하는 측면에서 소정의 수명을 갖는다. 상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점은 상기 연마 가변층; 또는 상기 연마패드가 제조된 후 공정에 적용되기 전까지 중 임의의 일 시점을 의미한다. 또한, 상기 연마 가변층(101)의 수명 종결 시점은 상기 연마 가변층(101)이 더 이상의 연마 성능을 구현하지 못하여 상기 연마 가변층; 또는 상기 연마패드 전체의 교체가 필요한 시점을 의미한다. 예를 들어, 상기 수명 종결 시점은 연마 대상의 피연마면의 연마율이 연마 시작 후 1시간 이내의 초기 연마율 대비 20% 변화한 시점으로 정의될 수 있다. 즉, 상기 초기 연마율은 상기 피연마면에 대한 연마 시작 후 1시간 이내에 측정된 연마율 값이며, 상기 수명 종결 시점은 상기 피연마면에 대한 연마율이 상기 초기 연마율 대비 이의 20% 증가하거나, 이의 20% 감소한 연마율로 나타난 시점으로 정의될 수 있다.
상기 제1 연마 가변성 지수는 상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점 및 수명 종결 시점 각각의 표면 조도(Ri, Rf))와 상기 연마패드(110)의 전체 두께(Ti, Tf)를 구성 요소로 한다. 상기 식 1에 의한 제1 연마 가변성 지수는 상기 연마 가변층(101)의 가변 성능을 나타내는 지표로 기능할 수 있다. 즉, 상기 연마 가변층의 상기 식 1의 값이 전술한 범위, 즉, 약 0.1 내지 약 11.0의 범위를 나타내는 경우, 상기 연마 가변층은 이에 상응하는 가변성을 보유함으로써 상기 연마층(10)의 일부 구성으로 적용될 때 이의 수명 전체에 걸쳐 연마 효율에 최적화된 구조적 특징을 지속적이고 균일하게 나타낼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 연마 가변성 지수는 약 0.1 내지 11.0일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 9.0, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 9.0, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 8.5, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 8.0, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 0.8 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 0.9 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 1.0 내지 약 6.0, 예를 들어, 약 2.0 내지 3.5일 수 있다.
상기 Ti는 예를 들어, 약 800㎛ 내지 약 5000㎛, 예를 들어, 약 1000㎛ 내지 약 4000㎛, 예를 들어, 약 1000㎛ 내지 3000㎛, 예를 들어, 약 1500㎛ 내지 약 3000㎛, 예를 들어, 약 1700㎛ 내지 약 2700㎛, 예를 들어, 약 2000㎛m 내지 약 3500㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 Ri는 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 15㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 12㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 10㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 Ti 및 상기 Ri가 각각 전술한 범위를 만족하면서, 동시에 상기 제1 연마 가변성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 연마 가변층(101) 구조적 특징에 기인한 우수한 연마 성능을 구현하는 측면에서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마 가변층(101)은 상기 제1면(11)에 상기 연마 가변층(101)의 전체 두께(D1)보다 작거나, 이와 동일한 깊이(d1)를 갖는 적어도 하나의 그루브(Groove, 14)를 포함할 수 있다. 상기 그루브(14)는 상기 연마패드를 이용한 연마 공정 중에 상기 제1면(11) 상에 공급되는 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성을 조절하거나, 상기 제1면(11)과 연마 대상의 피연마면이 직접적으로 접촉하는 면적의 크기를 조절하여 물리적 연마 특성을 적절하게 구현하는 역할을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 연마패드(110)는 상기 제1면(11)에 복수의 그루브(14)를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 연마패드(110)의 평면 형상은 실질적으로 원형일 수 있고, 상기 복수의 그루브(14)는 상기 연마패드(110)의 평면상 중심으로부터 말단을 향해 소정의 간격으로 이격 배치된 동심원형 구조일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 복수의 그루브(14)는 상기 연마패드(110)의 평면상의 중심으로부터 말단을 향해 연속 형성된 방사형 구조일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 복수의 그루브(14)는 동심원형 그루브 및 방사형 그루브를 동시에 포함할 수 있다.
상기 제1면(11)으로부터 상기 분리 가능 계면(13)까지 영역인 상기 연마 가변층(101)에 있어서, 상기 제1면(11)이 적어도 하나의 그루브(14)를 포함하는 경우, 상기 연마 가변층(101)의 하기 식 2에 의한 제2 연마 가변성 지수(Polishing variability index)가 약 0.1 내지 약 3.5일 수 있다.
[식 2]
상기 식 2에서, 상기 Ri는 상기 연마 가변층의 수명 도입 시점의 상기 제1면의 표면 조도(Ra)이고, 상기 Rf는 상기 연마 가변층의 수명 종결 시점의 상기 제1면의 표면 조도(Ra)이며, 상기 Gi는 상기 연마 가변층의 수명 도입 시점의 상기 그루브의 깊이이고, 상기 Gf는 상기 연마 가변층의 수명 종결 시점의 상기 그루브의 깊이이다.
상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점 및 수명 종결 시점에 관한 설명은 상기 식 1에 의한 제1 연마 가변성 지수에 관해 상술한 바와 같다. 상기 연마 가변층(101)의 상기 제2 연마 가변성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 연마 가변층(101)이 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성 측면에서 최적화된 구조를 제공할 수 있고, 피연마면에 대하여 제공되는 상기 제1면 상의 직접적인 접촉 면적이 적정 수준으로 확보되어 목적 범위의 연마율 확보에 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 연마 가변성 지수는 약 0.1 내지 약 3.5일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 3.3, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 3.0, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 2.0, 예를 들어, 약 0.3 내지 약 1.8, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 1.5, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 1.2, 예를 들어, 약 0.5 내지 1.0일 수 있다.
상기 Gi는 예를 들어, 약 600㎛ 내지 약 900㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 650㎛ 내지 약 900㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 700㎛ 내지 약 900㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 Ri 및 상기 Gi가 각각 전술한 범위를 만족하면서, 동시에 상기 제2 연마 가변성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 연마 가변층(101) 구조적 특징에 의한 연마 성능 구현의 측면에서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마 가변층(101)은 상기 제1 연마 가변성 지수 및 상기 제2 연마 가변성 지수 각각이 동시에 전술한 범위를 만족할 수 있다. 상기 제1 연마 가변성 지수 및 상기 제2 연마 가변성 지수가 각각 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 연마 가변층(101)이 상기 연마층(10)의 일부 구성으로서 연마 효율에 최적화된 구조적 특징을 가질 수 있으며, 특히, 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성 측면에서 최적화된 구조를 제공할 수 있고, 피연마면에 대하여 제공되는 상기 제1면 상의 직접적인 접촉 면적이 적정 수준으로 확보되어 목적 범위의 연마율 확보에 보다 유리할 수 있다. 나아가, 이의 수명 전체에 걸쳐 전술한 이점이 유지되도록 일정한 연마 성능을 구현하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제1면(11)이 상기 연마 가변층(101)의 전체 두께보다 작거나, 이와 동일한 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브(14)를 포함하는 경우, 상기 연마 가변층(101)에 있어서, 하기 식 3에 따른 상기 그루브(14)의 깊이 변화율(%)이 약 20% 내지 약 100%일 수 있다.
[식 3]
상기 식 3에서 상기 Gi는 상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점의 그루브 깊이이며, 상기 Gf는 상기 연마 가변층(101)의 수명 종결 시점의 그루브 깊이이다.
상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점 및 수명 종결 시점과 상기 Gi 및 상기 Gf에 관한 사항은 상기 제2 연마 가변성 지수에 관하여 전술한 바와 모두 동일하다.
일 구현예에서, 상기 식 3에 따른 그루브 깊이 변화율은 약 20% 내지 약 80%, 예를 들어, 약 30% 내지 80%, 예를 들어, 약 40% 내지 약 80%, 예를 들어, 약 40% 내지 약 70%, 예를 들어, 약 50% 내지 약 70%일 수 있다.
도 1을 참조할 때, 상기 그루브(14)의 깊이(d1)는 상기 수명 도입 시점의 깊이(Gi)로부터 상기 수명 종결 시점의 깊이(Gf)에 이르기까지 연마 공정 중에 변화하게 된다. 구체적으로, 상기 그루브(14)의 깊이(d1)는 상기 제1면(11)과 연마 대상의 피연마면이 상호 물리적인 접촉에 의해 연마됨에 따라 상기 제1면(11)이 깎여 나가는 과정에 의해 그 깊이(d1)가 점차 얕아지게 된다. 이때, 상기 수명 도입 시점의 그루브의 깊이(Gi)와 상기 수명 종결 시점의 그루브의 깊이(Gf)를 요소로 하는 상기 식 3의 값은 상기 연마 가변층(101)의 신율, 인장강도, 경도 등의 물리적인 특성이 적절히 뒷받침되어야 전술한 범위를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 연마 가변층(101)의 물리적 물성이 적절히 뒷받침 되지 않는다면, 상기 그루브의 깊이(d1)가 얕아질수록 연마 슬러리 등의 유동성 변화가 연마 성능에 미치는 영향력이 커져, 전체적인 연마 성능이 급격히 저하될 우려가 있다. 일 구현예에 따른 상기 연마 가변층(101)은 상기 식 3의 값이 전술한 범위를 만족함으로써 이에 상응하는 최적의 물리적 물성을 나타낼 수 있고, 이를 바탕으로, 상기 그루브의 깊이(d1)가 얕아지더라도 연마 성능에 대한 그 영향력을 최소화하여 연마 공정 전체에 걸쳐 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다. 또한, 상기 연마 가변층(101)의 사용 기간이 극대화됨에 따라 상기 연마패드의 수명 장기화 효과를 획득할 수 있다.
도 1을 참조할 때, 상기 그루브(14)의 폭(w1)은 상기 연마 공정 중에 상기 제1면(11)과 연마 대상의 피연마면의 물리적인 접촉 면적의 크기에 영향을 줄 수 있다. 이에 따라, 연마 대상의 종류; 상기 연마액 또는 연마 슬러리의 종류; 및 목적 연마 성능 등에 따라 상기 그루브(14)의 폭(w1)을 적절히 설계하여 필요하 연마 성능을 구현할 수 있다. 예를 들어, 상기 그루브(14)의 폭(w1)은 약 0.2mm 내지 약 1.0mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.3mm 내지 약 0.8mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.4mm 내지 약 0.7mm, 예를 들어, 약 0.4mm 내지 약 0.6mm일 수 있다.
상기 연마 가변층(101)이 상기 제1면(11)에 복수의 그루브(14)를 포함하는 경우, 인접한 두 그루브(14) 사이의 간격으로 정의되는 상기 그루브(14)의 피치(pitch, p1)도 상기 그루브(14)의 폭(w1)과 동일한 맥락 하에 적절히 설계되어 필요한 연마 성능의 구현에 기여할 수 있다. 예를 들어, 상기 그루브(14)의 피치(p1)는 약 1.5mm 내지 약 5.0mm일 수 있고, 예를 들어, 약 1.5mm 내지 약 4.0mm일 수 있고, 예를 들어, 약 1.5mm 내지 약 3.0mm일 수 있다.
상기 그루브의 폭(w1) 및 피치(p1)의 수치 범위는 연마 공정 중에 실질적으로 변화가 거의 없는 구조적 구성이나, 예를 들어, 각각의 범위는 상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점을 기준으로 측정한 값일 수 있다.
상기 연마 가변층(101)이 상기 제1 연마 가변성 지수, 상기 제2 연마 가변성 지수 및 상기 제3 연마 가변성 지수 중 적어도 하나를 만족하며, 상기 연마 불변층(102)이 전술한 조성으로 구성됨으로써 이들의 적층 구조를 적용한 상기 연마층(10)이 연마율, 연마 평탄도 및 결함 방지 측면에서 동시에 목적하는 연마 성능을 확보하기 유리할 수 있다.
도 3는 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 상기 연마층(10)의 일면에 쿠션층(20)을 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 연마층(10)의 제2면(12)은 상기 쿠션층(20)에 대한 부착면으로 기능할 수 있다.
상기 쿠션층(20)은 상기 연마패드(110)에 충격 흡수성을 부여할 수 있다. 후술되는 반도체 소자의 제조방법을 고려할 때, 연마면인 상기 제1면(11)에 연마 대상인 반도체 기판의 피연마면이 직접 또는 간접적으로 접촉되어 연마 과정이 진행되는데, 이때, 연마 목적에 따라 소정의 가압 조건이 적용될 수 있다. 상기 쿠션층(20)은 상기 연마패드(110)의 두께 방향에 대하여 적절한 탄성력을 부여하여 이와 같은 가압 조건 하에서 진행되는 연마 공정 중의 피연마면 상의 스크래치(scratch) 등의 결함 발생을 최소화하며, 피연마면의 연마 평탄도를 크게 향상시키는 데 기여할 수 있다.
상기 쿠션층(20)은 부직포 또는 스웨이드(Suede)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)은 부직포를 포함할 수 있다. 상기 '부직포' 는 직조되지 않은 섬유의 3차원 망상 구조체를 의미한다. 구체적으로, 상기 쿠션층(20)은 부직포 및 상기 부직포에 함침된 수지를 포함할 수 있다.
상기 부직포는, 예를 들어, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 섬유의 부직포일 수 있다.
상기 부직포에 함침된 수지는, 예를 들어, 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.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)은 폴리우레탄 수지를 포함하는 수지가 함침된 폴리에스테르 섬유를 포함하는 섬유의 부직물을 포함할 수 있다. 상기 쿠션층(20)으로서 이와 같은 재질의 수지 및 부직물을 적용함으로써 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)이 적용된 상기 연마층(10)과의 적층 조합이 목적하는 연마 성능의 구현에 있어서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)은 그 두께가 약 0.5mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 0.8mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.0mm, 예를 들어, 약 1.2mm 내지 약 1.8mm일 수 있다.
도 3을 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)는 상기 연마층(10)과 상기 쿠션층(20)을 부착하기 위한 제1 접착층(30)을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 접착층(30)은 예를 들어, 열융착(hot-melt) 접착제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 접착층(30)은 우레탄계 접착제, 실리콘계 접착제, 아크릴계 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 3을 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 정반 부착을 위한 제2 접착층(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 접착층(40)은 상기 연마패드(110)와 연마 장치의 정반을 부착하기 위한 매개층으로서 예를 들어, 감압 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA)로부터 유래될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 연마패드(110)의 압축률은 약 0.3% 내지 약 1.8%, 예를 들어, 약 0.3% 내지 1.6%, 예를 들어, 0.3% 내지 1.4%, 예를 들어, 약 0.5% 내지 1.4%, 예를 들어, 약 0.7% 내지 약 1.4%, 예를 들어, 약 0.9% 초과, 약 1.2% 이하일 수 있다. 상기 연마패드(110)는 전술한 바와 같이 두께 방향의 세분화된 구조적 설계를 통하여 상기 범위의 압축률을 구현할 수 있으며, 상기 제1면(11)을 통하여 이에 상응하는 탄성력을 피연마면에 전달함으로써 결함 방지 성능을 극대화하는 이점을 얻을 수 있다.
이하, 상기 연마패드(110)를 제조하는 방법에 관하여 설명하기로 한다.
상기 연마패드(110)는 연마면인 제1면(11); 상기 제1면(11)의 이면인 제2면(12); 및 상기 제1면(11)과 상기 제2면(12) 사이의 적어도 하나의 분리 가능 계면(13)을 포함하는 연마층(10)을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 연마층(10)을 제조하는 단계는, 상기 제1면(11)으로부터 상기 분리 가능 계면(13)까지 영역인 적어도 하나의 연마 가변층(101)을 제조하는 단계; 상기 분리 가능 계면(13)으로부터 상기 제2면(12)까지 영역인 적어도 하나의 연마 불변층(102)을 제조하는 단계; 및 상기 연마 가변층(101)과 상기 연마 불변층(102)을 적층하되, 상기 분리 가능 계면(13)을 적층 계면으로 하여 적층하는 단계를 포함하고, 상기 연마 불변층(102)을 제조하는 단계는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분 및 제1 이소시아네이트 성분을 반응시켜 제1 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 단계; 및 상기 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물을 경화하는 단계를 포함하는 제조방법을 통하여 제조될 수 있다.
다른 측면에서 설명하면, 상기 연마패드(110)는, 연마면인 제1면(11); 상기 제1면(11)의 이면인 제2면(12); 및 상기 제1면(11)과 상기 제2면(12) 사이의 적어도 하나의 분리 가능 계면(13)을 포함하는 연마층(10)을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 연마층(10)을 제조하는 단계는, 상기 제1면(11)으로부터 상기 분리 가능 계면(13)까지 영역인 적어도 하나의 연마 가변층(101)을 제조하는 단계; 상기 분리 가능 계면(13)으로부터 상기 제2면(12)까지 영역인 적어도 하나의 연마 불변층(102)을 제조하는 단계; 및 상기 연마 가변층(101)과 상기 연마 불변층(102)을 적층하되, 상기 분리 가능 계면(13)을 적층 계면으로 하여 적층하는 단계를 포함하고, 상기 연마 불변층(102)을 제조하는 단계는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분 및 제1 이소시아네이트 성분을 반응시켜 제1 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 단계; 및 상기 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물을 경화하는 단계를 포함하는 제조방법을 통하여 제조될 수 있다.
상기 연마 가변층(101), 상기 연마 불변층(102) 및 상기 분리 가능 계면(103)의 각각에 대한 사항은 모두 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 동일하다. 또한, 상기 제1 폴리올, 상기 제1 알코올 성분, 상기 제1 이소시아네이트 성분, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머 및 상기 제1 조성물과 관련한 각각의 사항은 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 모든 사항과 그 기술적 이점이 상기 연마패드의 제조방법에 모두 통합 적용될 수 있다.
상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)을 적층하는 단계는, 양면 접착제로 적층하는 단계일 수 있다. 상기 양면 접착제는 상호 접착이 가능한 것이면 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 아크릴계 접착제, 우레탄계 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 이로써 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)의 적층 계면이 상기 분리 가능 계면(13)으로 기능할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마 불변층(102)을 제조하는 단계는 연마패드의 폐기물로부터 상기 제1 폴리올을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 폴리올은 전술한 수산기가의 범위를 만족하는 경우이면 특별히 제한되지 아니하나, 예를 들어, 상기 연마패드의 폐기물로부터 유래될 경우 동일한 용도로 사용되는 폐기물로부터 유래되었다는 점에서 기술적 목적에 부합하는 물성 구현이 보다 용이할 수 있고, 이와 함께 친환경적인 기술 구현이 가능할 수 있다. 상기 '연마패드 폐기물'은 전술한 바와 같이, 연마 공정에서 사용된 후에 폐기되는 연마패드; 또는 연마패드를 제조하는 과정에서 버려지는 부산물을 의미할 수 있다.
예를 들어, 상기 연마패드의 폐기물로부터 상기 제1 폴리올을 제조하는 단계는, 상기 연마패드의 폐기물을 분쇄하여 분쇄물을 얻는 단계; 상기 분쇄물을 가수분해하여 상기 제1 폴리올을 얻는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분쇄물은 그 평균 입경이 약 20㎛ 내지 약 3.0mm일 수 있고, 예를 들어, 약 50㎛ 내지 약 2.0mm 일 수 있고, 예를 들어, 약 100㎛ 내지 약 2.0mm 일 수 있고, 예를 들어, 약 500㎛ 내지 약 2.0mm일 수 있다. 이와 같은 크기로 분쇄함으로써 후속하여 가수분해하는 과정에서 목적 수준의 수산기가와 분자량을 갖는 폴리올을 높은 수율로 얻기에 유리할 수 있다. 상기 분쇄물의 평균 입경은 단면을 기준으로 측정한 직경의 수평균 값으로서, 상기 입자의 2차원적 투영상으로부터 얻을 수 있다. 상기 투영상을 얻는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들어, 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)이나 투과전자현미경(TEM, Transmission Electron Microscope)을 이용하여 얻을 수 있다.
상기 분쇄물을 가수분해하여 상기 제1 폴리올을 얻는 단계는, 상기 분쇄물에 적어도 1종의 알코올을 포함하는 가수분해용 조성물을 처리하는 단계; 및 상기 가수분해용 조성물이 처리된 분쇄물을 130℃ 내지 200℃의 온도 조건 하에서 반응시키는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 조건에서 상기 분쇄물을 처리함으로써 상기 연마패드 폐기물을 구성하던 고분사 사슬이 소정의 단위로 분해되어 적어도 2 이상의 말단 수산기(-OH)를 가지면서 목적하는 소정의 수산기가를 갖는 제1 폴리올이 제조될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 분쇄물 대 상기 가수분해용 조성물의 중량비는 약 1:0.5 내지 약 1:6, 예를 들어, 약 1:0.8 내지 약 1:6, 예를 들어, 약 1:0.8 내지 약 1:5, 예를 들어, 약 1:1 내지 약 1:4, 예를 들어, 약 1:1 내지 1:3일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가수분해용 조성물이 처리된 분쇄물을 130℃ 내지 200℃의 온도 조건 하에서 반응시키는 단계는, 분쇄물의 양에 따라 반응 시간이 조절될 수 있으나, 예를 들어, 약 1시간 내지 약 8시간 수행될 수 있다.
상기 가수분해용 조성물이 처리된 분쇄물을 반응시키는 온도는, 예를 들어, 약 130℃ 내지 약 200℃, 예를 들어, 약 140℃ 내지 약 200℃, 예를 들어, 약 150℃ 내지 약 200℃, 예를 들어, 약 160℃ 내지 약 200℃, 예를 들어, 약 160℃ 내지 약 190℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 가수분해용 조성물은 디에틸렌글리콜(DEG)를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 폴리올을 얻는 단계는 필요에 따라, 촉매를 투입하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연마패드 폐기물을 전술한 바와 같이 가공함으로써 약 200mgKOH/g 내지 약 900mgKOH/g의 수산기가를 갖는 제1 폴리올을 얻을 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 폴리올은 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 약 300mgKOH/g 내지 약 900mgKOH/g, 예를 들어, 약 300mgKOH/g 내지 약 800mgKOH/g, 예를 들어, 약 300mgKOH/g 내지 약 750mgKOH/g일 수 있고, 예를 들어, 약 450mgKOH/g 내지 약 650mgKOH/g일 수 있다. 상기 제1 폴리올로서 이와 같은 수산기가를 갖는 폴리올을 사용하는 경우, 이로부터 유래되는 상기 연마 불변층의 물리적 및/또는 기계적 물성이 상기 연마 가변층과 함께 사용되는 경우 연마 성능의 구현에 유리할 수 있다. 또한, 상기 제1 폴리올이 재생 폴리올로서 상기 연마패드 폐기물로부터 가공 획득되기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제1 폴리올을 포함하는 상기 제1 알코올 성분 및 상기 제1 이소시아네이트 성분을 반응시켜 상기 제1 우레탄계 프리폴리머를 제조할 수 있다. 상기 제1 알코올 성분 및 상기 제1 이소시아네이트 성분 각각에 대한 사항은 모두 상기 연마패드에 관하여 이에 대해 전술한 사항 및 그 기술적 이점이 모두 상기 연마패드의 제조방법에 통합 적용될 수 있다. 상기 제1 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 단계는, 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 60℃ 내지 약 90℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 80℃에서 수행될 수 있다. 이와 같은 온도 범위에서 상기 제1 알코올 성분과 상기 제1 이소시아네이트 성분을 반응시킴으로써 적정 길이의 분자 사슬을 가지면서 후속하는 경화 과정에서 경화되어 최적의 물리적/기계적 물성을 구현할 수 있는 이소시아네이트기 함량(NCO%)을 만족하는 제1 우레탄계 프리폴리머를 얻기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 약 8중량% 내지 20중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 18중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 9중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 10중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 10중량% 초과, 약 15중량% 이하일 수 있다. 상기 제1 조성물의 '이소시아네이트기 함량(NCO%)'은 상기 조성물 내에 반응되지 않고 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기(-NCO) 중량의 백분율을 의미한다. 상기 제1 조성물의 NCO%는 후술되는 제1 경화제 및 제1 발포제를 제외한 제1 조성물의 총 중량을 기준으로 산정될 수 있다.
상기 제1 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. 이와 같은 점도 범위를 만족함으로써 상기 제1 조성물이 후속하여 경화되는 과정에서 적절한 흐름성을 가질 수 있고, 보이드(void) 없이 균일한 경화물로 제조되기에 용이할 수 있다.
상기 연마 불변층을 제조하는 단계는, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물에 제1 경화제, 제1 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 경화제 및 상기 제1 발포제에 관한 각 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 구체 사항 및 그 기술적 이점이 모두 상기 연마패드의 제조방법에 통합 적용될 수 있다.
이때, 일 구현예에서, 상기 제1 발포제가 상기 고상 발포제를 포함하고, 상기 제1 조성물에 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1-1 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1-1 조성물에 상기 제1 경화제를 혼합하여 제1-2 조성물을 제조하는 단계;를 포함할 수 있다. 이와 같이, 고상 발포제 혼합 후에 경화제를 혼합하는 순서로 진행하는 경우, 상기 제1 조성물을 경화에 적합한 점도를 갖도록 제조하기 용이하며, 상기 고상 발포제의 분산성을 향상시켜 최종적으로 균일한 기공 구조를 확보하는 데 유리할 수 있다.
예를 들어, 상기 제1-1 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. 이와 같은 점도 범위를 만족함으로써 추가 성분들을 혼합하여 최종적인 상기 제2 조성물의 밀도를 전술한 범위로 조절하기에 보다 효율적일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마 불변층을 제조하는 단계는 상기 제1 발포제가 기상 발포제를 포함하고, 상기 제1-2 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 기상 발포제는 상기 제1 경화제와 동시에 주입될 수도 있고, 상호 순차적으로 주입될 수도 있다. 상기 기상 발포제는 상기 고상 발포제 주입 이후에 최종 기공 구조의 조절을 위하여 필요에 따라 선택적으로 사용될 수 있다.
상기 제1-2 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하는 경우, 예를 들어, 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.
일 구현예에서, 상기 제1 조성물을 경화하는 단계는, 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 제1 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 제1 조성물을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화시키는 단계;를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도(T1)와 상기 제2 온도(T2)의 온도차(T2-T1)는 약 10℃ 내지 약 40℃일 수 있고, 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 35℃일 수 있고, 예를 들어, 약 15℃ 내지 약 35℃일 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 제1 조성물을 경화함에 있어서, 전술한 바와 같이 다단 온도 조건을 적용하는 경우, 이를 통해 제조된 상기 연마 불변층(102)이 상기 연마 가변층(101)과의 상용성 측면에서 적절한 기계적 물성을 확보하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제1 조성물을 경화시키는 단계에 있어서, 상기 예열된 몰드에 상기 제1 조성물을 주입하여 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 25분 동안 수행될 수 있다.
경화된 상기 제1 조성물을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화시키는 단계는, 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 20시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 15시간, 예를 들어, 약 8시간 내지 약 12시간 동안 수행될 수 있다.
상기 제1 조성물을 경화시키는 단계에 있어서, 상기 몰드는 가로 약 500mm 내지 약 1,500mm, 세로 약 500mm 내지 약 1,500mm, 높이 약 1mm 내지 1,000mm 크기의 몰드일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 몰드의 높이는 약 1mm 내지 약 10mm일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 몰드의 높이는 약 300mm 내지 약 1,000mm일 수 있다.
상기 연마 불변층을 제조하는 단계는, 상기 제1 조성물의 경화물을 목적 두께로 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제1 조성물을 경화시키는 단계에 있어서, 상기 몰드의 높이에 따라 하나의 경화물로부터 복수의 연마 불변층을 제조할 수도 있고, 하나의 경화물로부터 단일의 연마 불변층을 제조할 수도 있다. 예를 들어, 상기 몰드의 높이가 약 1mm 내지 약 10mm인 경우, 상기 몰드로부터 토출되는 상기 제1 조성물의 경화물 하나에 대하여 하나의 연마 불변층을 제조할 수 있다. 이때, 상기 제1 조성물의 경화물을 목적 두께로 가공하는 단계는 표면 처리를 주목적으로 하는 선삭(line turning) 단계일 수 있다. 예를 들어, 상기 몰드의 높이가 약 300mm 내지 약 1,000mm인 경우, 상기 몰드로부터 토출되는 상기 제1 조성물의 경화물 하나에 대하여 복수의 연마 불변층을 제조할 수 있다. 이때, 상기 제1 조성물의 경화물을 목적 두께로 가공하는 단계는 복수의 연마 불변층을 구획하는 것을 주목적으로 하는 절단(cutting) 단계일 수 있다.
상기 연마패드(110)를 제조하는 방법은 상기 연마 가변층(101)을 제조하는 단계를 포함하고, 상기 연마 가변층(101)을 제조하는 단계는 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제2 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제2 조성물을 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 제2 조성물 및 상기 제2 우레탄계 프리폴리머에 관한 사항은 모두 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 동일하다.
일 구현예에서, 상기 제2 조성물을 제조하는 단계는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 50mgKOH/g 이상, 200mgKOH/g 미만인 제2 폴리올을 포함하는 제2 알코올 성분; 및 제2 이소시아네이트 성분을 반응시켜 상기 제2 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 폴리올, 상기 제2 알코올 성분 및 상기 제2 이소시아네이트 성분 각각에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 이에 대해 전술한 구체예와 이의 기술적 이점이 상기 연마패드의 제조방법에 모두 통합 적용될 수 있다. 상기 제2 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 단계는 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 60℃ 내지 약 90℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃, 예를 들어, 약 75℃ 내지 약 86℃에서 수행될 수 있다. 이와 같은 온도 범위에서 상기 제2 이소시아네이트 성분과 상기 제2 알코올 성분을 반응시킴으로써 적정 길이의 분자 사슬을 가지면서 후속하는 경화 과정에서 경화되어 최적의 물리적/기계적 물성을 구현할 수 있는 이소시아네이트기 함량(NCO%)을 만족하는 제2 우레탄계 프리폴리머를 얻기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 상기 제2 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. 이와 같은 점도 범위를 만족함으로써 후속하는 공정상 상기 연마 가변층(101)의 제조 효율이 향상되며, 경화되어 적정 경도 및 밀도를 확보하는 데 유리할 수 있다.
상기 제2 조성물을 제조하는 단계는, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 상기 제2 조성물에 상기 제2 경화제 및 상기 제2 발포제를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 경화제 및 상기 제2 발포제에 관한 사항은 모두 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 동일하다. 상기 제2 경화제 및 상기 제2 발포제는 동시에 투입될 수도 있고, 순차적으로 투입될 수도 있다.
상기 제2 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 제2 조성물을 제조하는 단계는, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제2-1 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제2-1 조성물과 상기 제2 경화제를 혼합하여 제2-2 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2-1 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. 이와 같은 점도 범위를 만족함으로써 추가 성분들을 혼합하여 최종적인 상기 제2 조성물의 밀도를 전술한 범위로 조절하기에 보다 효율적일 수 있다.
상기 제2 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 제2 조성물을 제조하는 단계는, 상기 제2-2 조성물에 기상 발포제를 주입하는 단계;를 포함할 수 있다.
예를 들어, 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.
일 구현예에서, 상기 제2 조성물을 경화하는 단계는, 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 제2 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 제2 조성물을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계;를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도(T1)와 상기 제2 온도(T2)의 온도차(T2-T1)는 약 10℃ 내지 약 40℃일 수 있고, 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 35℃일 수 있고, 예를 들어, 약 15℃ 내지 약 35℃일 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 제2 조성물을 경화함에 있어서, 전술한 바와 같이 다단 온도 조건을 적용하는 경우, 이를 통해 제조된 상기 연마 가변층(101)이 목적하는 경도, 인장강도 및 신율 등의 물리적/기계적 물성을 확보하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 제2 조성물을 경화시키는 단계에 있어서, 상기 예열된 몰드에 상기 제2 조성물을 주입하여 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 25분 동안 수행될 수 있다.
경화된 상기 제2 조성물을 상기 제1 온도보다 높은 제2 온도 조건 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 24시간 동안 수행될 수 있다.
상기 연마패드(110)를 제조하는 방법은, 상기 제1면(11)을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1면(11)을 가공하는 단계는, 상기 제1면(11) 상에 그루브(groove)를 형성하는 단계 (1); 상기 제1면(11)을 선삭(line turning)하는 단계 (2); 및 상기 제1면(11)을 조면화하는 단계 (3); 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)에서, 상기 그루브(groove)는 상기 제1면(11) 상의 상기 연마 가변층(101)의 중심으로부터 말단(edge)에 이르기까지 소정의 간격으로 이격 형성되는 동심원형 그루브; 및 상기 제1면(11) 상의 상기 연마 가변층(101)의 중심으로부터 말단(edge)까지 연속 형성되는 방사형 그루브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2)에서, 상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 제1면(11)을 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 단계 (3)에서 상기 조면화는 상기 제1면(11)을 샌딩 롤러(Sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 연마층(10)에 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)의 적층체를 적용함으로써 상기 연마층(10)의 두께 방향으로 정밀하고 다양한 물성 설계가 가능한 이점을 확보할 수 있으며, 상기 연마 가변층(101)의 상기 제1면(11)을 통하여 연마 대상의 피연마면에 대하여 우수한 연마 성능을 제공할 수 있다.
상기 연마패드(110)를 제조하는 방법은 상기 연마층(10)의 상기 제2면(12) 상에 쿠션층(20)을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 쿠션층(20)에 관한 사항은 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 동일하다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)을 적층하는 단계는, 상기 제2면(12) 상에 열융착 접착제를 도포하는 단계; 상기 쿠션층(20)의 일면 상에 열융착 접착제를 도포하는 단계; 및 상기 제2면(12)과 상기 쿠션층(20)를 적층하되, 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 서로 맞닿도록 적층하는 단계; 및 가압 또는 가열 조건 하에서 융착시키는 단계를 포함할 수 있다.
상기 열융착 접착제는 특별히 제한되지 아니하나, 예를 들어, 우레탄계 접착제, 실리콘계 접착제, 아크릴계 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 쿠션층(20)의 적층 과정에서 상기 제2면(12) 상에 제1 접착층(30)이 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드(110)의 제조방법은 상기 쿠션층(20)의 일면 상에 제2 접착층(40)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 제2 접착층(40)은 상기 연마패드(110)를 연마 장치의 정반 상에 부착하기 위한 구성으로서, 예를 들어, 감압 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA)로부터 유래될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
구체적으로, 일 구현예에서, 상기 제2 접착층(40)을 형성하는 단계는, 상기 쿠션층(20)의 상기 제2면(12) 부착면과 반대측 면에 감압 접착제를 도포하는 단계; 및 상기 감압 접착제를 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 제2 접착층(40)을 형성하는 단계는, 감압 접착제를 포함하는 접착 필름을 준비하는 단계; 및 상기 쿠션층(20)의 상기 제2면(12) 부착면과 반대측 면에 상기 접착 필름을 합착시키는 단계를 포함할 수 있다.
전술한 바와 같은 제조방법을 통하여 상기 연마패드(110)를 제조할 수 있으며, 구체적으로, 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)의 적층 구조에 기인하여 두께 방향의 물성이 정교하게 설계된 연마층을 얻을 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서, 연마면을 가지는 연마층을 포함하는 연마패드를 정반 상에 제공하는 단계; 상기 연마면에 연마대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마대상을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마층은, 상기 연마면을 포함하는 연마 가변층과, 상기 연마 가변층의 상기 연마면의 이면 측에 배치된 연마 불변층을 포함하고, 상기 연마 불변층이 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물인, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 연마패드의 하위 모든 구성에 대한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 구체 사항 및 그 기술적 이점이 이하 상기 반도체 소자의 제조방법에 관하 설명에 모두 통합 적용되어 해석된다.
상기 반도체 소자의 제조방법에 대하여 상기 연마패드(110)를 적용하는 경우, 전술한 바에 따른 상기 연마패드(110)의 구조적 및 조성적 특징에 의하여 구현되는 최적의 물성 조건 하에서 우수한 품질의 반도체 소자가 생산될 수 있다.
구체적으로, 상기 연마패드(110)로서 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)의 적층 구조를 포함하는 연마층(10)을 적용하고, 상기 연마 불변층으로 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물인 층을 적용함으로써 상기 연마패드(110)를 적용한 상기 반도체 소자의 제조방법이 연마 평탄도, 연마율 및 결함 방지 측면에서 우수한 연마 결과를 확보할 수 있고 친환경적인 효과를 구현할 수 있다.
상기 제1 우레탄계 프리폴리머 및 그 하위 구성에 관한 모든 사항은 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 동일하다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 4를 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 상기 정반(120) 상에 제공될 수 있다. 상기 연마패드(110)가 상기 정반(120) 상에 제공될 때, 상기 연마층(10)의 상기 제1면(11)이 최상부면이 되고, 상기 제2면(12)이 상기 정반(120) 측을 향하도록 제공될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120)은 접착층을 매개로 부착될 수 있다. 예를 들어, 상기 접착층은 감압 접착제(PSA)로부터 유래될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 제1면(11)에 상기 연마대상(130)의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드(110)와 상기 연마대상(130)을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마대상(130)을 연마시키는 단계를 포함한다.
일 구현예에서, 상기 연마대상(130)은 반도체 기판일 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 기판의 피연마면은 금속산화막; 금속질화막 또는 금속막을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 피연마면은 금속산화물, 금속질화물 및 금속 중 하나로 이루어진 단일막일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 피연마면은 금속산화물, 금속질화물 및 금속 중 적어도 2 이상을 포함하는 복합막일 수 있다.
상기 금속산화막, 상기 금속질화막 및 상기 금속막 각각에 있어서 금속 성분은 실리콘(Si), 구리(Cu), 탄탈(Ta), 티탄(Ti), 텅스텐(W) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마대상(130)의 피연마면은 실리콘 산화막으로 이루어진 단일막일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 연마대상(130)의 피연마면은 구리막으로 이루어진 단일막일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 연마대상(130)의 피연마면은 실리콘 산화막을 포함하는 복합막일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 연마대상(130)의 피연마면은 구리막을 포함하는 복합막일 수 있다.
상기 연마대상(130)의 피연마면이 상기 제1면(11)에 대해 가압되는 하중은 피연마면의 종류 및 목적에 따라 적절히 설계될 수 있으나, 예를 들어, 약 0.01psi 내지 약 20psi일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1psi 내지 약 15psi일 수 있다. 상기 연마패드(110)는 전술한 바와 같이, 상기 연마 가변층(101) 및 상기 연마 불변층(102)의 적층 구조를 적용함으로써 두께 방향으로 세분화된 구조적 특징을 갖는 연마층을 포함하며, 이러한 구조적 특징을 통하여 상기 범위의 가압 조건 하에서 상기 피연마면에 대하여 다양한 목적에 부합하는 적절한 강성 및 탄성을 제공할 수 있다. 그 결과, 상기 연마대상(130)이 반도체 기판을 포함하는 경우, 연마 평탄도 및 결함 방지 측면에서 상기 반도체 기판의 최종 연마 결과가 크게 향상될 수 있다.
상기 연마패드(110)와 상기 연마대상(130)은 각각의 상기 제1면(11) 및 피연마면이 맞닿은 채로 서로 상대 회전할 수 있다. 이때, 상기 연마대상(130)의 회전 방향과 상기 연마패드(110)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 제1면(11)과 상기 연마대상(130)의 피연마면은 직접 맞닿을 수도 있고, 유동성 있는 슬러리 등에 포함된 성분을 매개로 간접적으로 맞닿을 수도 있다. 상기 연마대상(130)과 상기 연마패드(110)의 회전 속도는 각각 약 10rpm 내지 약 500rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30rpm 내지 약 200rpm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 전술한 바와 같이, 상기 연마패드(110)는 두께 방향으로 세분화된 구조적 특징을 통하여 다양한 목적에 부합하는 연마 성능을 제공할 수 있다. 상기 연마대상(130) 및 상기 연마패드(110)가 서로 맞닿은 채로 각각 상기 범위의 회전 속도로 회전하는 경우, 이의 원심력 및 마찰력에 의한 거동이 상기 연마패드(110)의 구조적 특징과 상호 연계되어 상기 피연마면에 대하여 연마평탄도 및 결함 방지 측면에서 우수한 연마 결과를 산출할 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 연마 가변층(101)은 상기 식 1에 의한 제1 연마 가변성 지수(Polishing variability index)가 약 0.1 내지 약 11.0일 수 있다. 일 구현예에서, 상기 제1 연마 가변성 지수는 예를 들어, 약 0.1 내지 약 9.0, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 9.0, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 8.5, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 8.0, 예를 들어, 약 0.2 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 0.8 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 0.9 내지 약 7.5, 예를 들어, 약 1.0 내지 약 6.0, 예를 들어, 약 2.0 내지 3.5일 수 있다.
상기 연마 가변층(101)은, 상기 연마패드(110)를 적용한 반도체 소자 제조방법의 연마 공정 중에 물리적 특성 및/또는 화학적 특성이 변화하는 영역으로서 목적 수준의 연마 성능을 제공하는 측면에서 소정의 수명을 갖는다. 상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점은 상기 연마 가변층(101) 자체; 또는 상기 연마패드(110)가 제조된 후 공정에 적용되기 전까지 중 임의의 일 시점을 의미한다. 또한, 상기 연마 가변층(101)의 수명 종결 시점은 상기 연마 가변층(101)이 더 이상의 연마 성능을 구현하지 못하여 상기 연마 가변층(101) 자체; 또는 상기 연마패드(110) 전체의 교체가 필요한 시점을 의미한다.
상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점 및 수명 종결 시점 각각의 표면 조도(Ri, Rf))와 상기 연마패드(110)의 전체 두께(Ti, Tf)를 요소로 하는 상기 식 1에 의한 제1 연마 가변성 지수는 상기 연마 가변층(101)의 가변 성능을 나타내는 지표로서, 상기 식 1의 값이 전술한 범위로 나타나는 것에 상응하는 가변성을 보유함으로써 상기 연마 가변층(101)이 상기 연마층(10)의 일부로서 연마 효율에 최적화된 구조적 특징을 가질 수 있으며, 이와 동시에 이의 수명 전체에 걸쳐 일정한 연마 성능을 구현하여 동일한 품질의 반도체 소자의 대량 생산에 보다 유리할 수 있다.
상기 Ti는 예를 들어, 약 800㎛ 내지 약 5000㎛, 예를 들어, 약 1000㎛ 내지 약 4000㎛, 예를 들어, 약 1000㎛ 내지 3000㎛, 예를 들어, 약 1500㎛ 내지 약 3000㎛, 예를 들어, 약 1700㎛ 내지 약 2700㎛, 예를 들어, 약 2000㎛m 내지 약 3500㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 Ri는 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 15㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 12㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 10㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 Ti 및 상기 Ri가 각각 전술한 범위를 만족하면서, 동시에 상기 제1 연마 가변성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 연마 가변층(101) 구조적 특징 및 연마 성능 구현의 측면에서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드(110)는 상기 제1면(11)에 상기 연마 가변층(101)의 전체 두께(D1)보다 작거나, 이와 동일한 깊이(d1)를 갖는 적어도 하나의 그루브(Groove, 14)를 포함할 수 있다. 상기 그루브(14)는 상기 연마패드(110)를 이용한 연마 공정 중에 상기 제1면(11) 상에 공급되는 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성을 조절하거나, 상기 제1면(11)과 연마 대상의 피연마면이 직접적으로 접촉하는 면적의 크기를 조절하여 물리적 연마 특성을 적절하게 구현하는 역할을 수행할 수 있다.
예를 들어, 상기 연마패드(110)는 상기 제1면(11)에 복수의 그루브(14)를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 연마패드(110)의 평면 형상은 실질적으로 원형일 수 있고, 상기 복수의 그루브(14)는 상기 연마패드(110)의 평면상 중심으로부터 말단을 향해 소정의 간격으로 이격 배치된 동심원형 구조일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 복수의 그루브(14)는 상기 연마패드(110)의 평면상의 중심으로부터 말단을 향해 연속 형성된 방사형 구조일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 복수의 그루브(14)는 동심원형 그루브 및 방사형 그루브를 동시에 포함할 수 있다.
상기 제1면(11)으로부터 상기 분리 가능 계면(13)까지 영역인 상기 연마 가변층(101)에 있어서, 상기 제1면(11)이 적어도 하나의 그루브(14)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 연마 가변층(101)의 상기 식 2에 의한 제2 연마 가변성 지수(Polishing variability index)가 약 0.1 내지 약 3.5일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 3.3, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 3.0, 예를 들어, 약 0.1 내지 약 2.0, 예를 들어, 약 0.3 내지 약 1.8, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 1.5, 예를 들어, 약 0.5 내지 약 1.2, 예를 들어, 약 0.5 내지 1.0일 수 있다.
상기 연마 가변층(101)의 수명 도입 시점 및 수명 종결 시점에 관한 설명은 상기 식 1에 의한 제1 연마 가변성 지수에 관해 상술한 바와 같다. 상기 연마 가변층(101)의 상기 제2 연마 가변성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 연마 가변층(101)이 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성 측면에서 최적화된 구조를 제공할 수 있고, 피연마면에 대하여 제공되는 직접적인 접촉 면적이 적정 수준으로 확보되어 목적 범위의 연마율 확보에 보다 유리할 수 있다.
상기 Gi는 예를 들어, 약 600㎛ 내지 약 900㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 650㎛ 내지 약 900㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 700㎛ 내지 약 900㎛일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 Ri 및 상기 Gi가 각각 전술한 범위를 만족하면서, 동시에 상기 제2 연마 가변성 지수가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 연마 가변층(101) 구조적 특징에 의한 연마 성능 구현의 측면에서 보다 유리할 수 있다.
상기 제1면(11)이 상기 연마 가변층(101)의 전체 두께보다 작거나, 이와 동일한 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브(14)를 포함하는 경우, 상기 연마 가변층(101)에 있어서, 상기 식 3에 따른 상기 그루브(14)의 깊이 변화율(%)이 약 20% 내지 약 100%일 수 있다.
도 1을 참조할 때, 상기 그루브(14)의 깊이(d1)는 상기 수명 도입 시점의 깊이(Gi)로부터 상기 수명 종결 시점의 깊이(Gf)에 이르기까지 연마 공정 중에 변화하게 된다. 구체적으로, 상기 그루브(14)의 깊이(d1)는 상기 제1면(11)과 연마 대상의 피연마면이 상호 물리적인 접촉에 의해 연마됨에 따라 상기 제1면(11)이 깎여 나가는 과정에 의해 그 깊이(d1)가 점차 얕아지게 된다. 이때, 상기 수명 도입 시점의 그루브의 깊이(Gi)와 상기 수명 종결 시점의 그루브의 깊이(Gf)를 요소로 하는 상기 식 3의 값은 상기 연마 가변층(101)의 신율, 인장강도, 경도 등의 물리적인 특성이 적절히 뒷받침되어야 전술한 범위를 만족할 수 있다. 구체적으로, 상기 연마 가변층(101)의 물리적 물성이 적절히 뒷받침 되지 않는다면, 상기 그루브의 깊이(d1)가 얕아질수록 연마 슬러리 등의 유동성 변화가 연마 성능에 미치는 영향력이 커져, 전체적인 연마 성능이 급격히 저하될 우려가 있다. 일 구현예에 따른 상기 연마 가변층(101)은 상기 식 3의 값이 전술한 범위를 만족함으로써 이에 상응하는 최적의 물리적 물성을 나타낼 수 있고, 이를 바탕으로, 상기 그루브의 깊이(d1)가 얕아지더라도 연마 성능에 대한 그 영향력을 최소화하여 상기 반도체 소자의 제조방법에 따른 연마 공정 전체에 걸쳐 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다.
상기 연마패드(110)가 상기 제1면(11)에 적어도 하나의 그루브를 포함하는 경우, 상기 그루브(14)의 폭(w1)은, 약 0.2mm 내지 약 1.0mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.3mm 내지 약 0.8mm일 수 있고, 예를 들어, 약 0.4mm 내지 약 0.7mm일 수 있다. 상기 그루브(14)의 폭이 상기 범위를 만족함으로써 상기 연마대상(130)의 피연마면과 상기 제1면(11)의 접촉 면적의 크기가 적절히 확보될 수 있고, 상기 제1면(11)에 인가되는 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성이 적정 수준으로 확보되어 최종 연마 성능이 우수하게 구현될 수 있다.
상기 연마패드(110)가 상기 제1면(11)에 복수의 그루브(14)를 포함하는 경우, 인접한 두 그루브(14) 사이의 간격으로 정의되는 상기 그루브(14)의 피치(pitch, p1)도 상기 그루브(14)의 폭(w1)과 동일한 맥락 하에 적절히 설계되어 상기 반도체 소자의 제조방법에 있어서 필요한 연마 성능의 구현에 기여할 수 있다. 예를 들어, 상기 그루브(14)의 피치(p1)는 약 1.5mm 내지 약 5.0mm일 수 있고, 예를 들어, 약 1.5mm 내지 약 4.0mm일 수 있고, 예를 들어, 약 1.5mm 내지 약 3.0mm일 수 있다.
도 4를 참조할 때, 일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 상기 제1면(11) 상에 연마 슬러리(150)를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 슬러리(150)는 공급 노즐(140)을 통하여 상기 제1면(11) 상에 공급될 수 있다.
상기 공급 노즐(140)을 통하여 분사되는 연마 슬러리(150)의 유량은 약 10ml/분 내지 약 1,000ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 10ml/분 내지 약 800ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 50ml/분 내지 약 500ml/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연마 슬러리(150)는 실리카 슬러리 또는 세리아 슬러리를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4를 참조할 때, 상기 연마대상(130)은 연마헤드(Polishing Head, 160)에 장착된 상태로 상기 제1면(11)에 소정의 하중으로 가압되면서 연마될 수 있다. 상기 연마대상(130)은 상기 연마헤드(160)에 장착될 때 이의 피연마면이 상기 제1면(11)을 향하도록 장착될 수 있다. 상기 연마대상(130)의 피연마면이 상기 제1면(11)에 대해 가압되는 하중은 피연마면의 종류 및 목적에 따라 적절히 설계될 수 있으나, 예를 들어, 약 0.01psi 내지 약 20psi일 수 있고, 예를 들어, 약 0.1psi 내지 약 15psi일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 상기 제1면(11)을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 연마대상(130)의 연마와 동시에 컨디셔너(170)를 통해 상기 제1면(11)을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 컨디셔너(170)는 소정의 회전 속도로 회전하면서 상기 제1면(11)에 대하여 가압 작용을 하여, 상기 제1면(11)을 조면화하는 역할을 수행할 수 있다. 상기 컨디셔너(170)의 회전속도는 예를 들어, 약 50rpm 내지 약 150rpm 일 수 있고, 예를 들어, 약 80rpm 내지 약 120rpm 일 수 있다. 상기 컨디셔너(170)의 회전에 의한 표면 처리를 통하여 상기 제1면(11)이 연마 공정 전체에 걸쳐 최적의 표면 상태를 유지할 수 있고, 연마 수명이 장기화되는 효과를 얻을 수 있다.
상기 컨디셔너(170)의 상기 제1면(11)에 대한 가압 압력는 예를 들어, 약 1 lbf 내지 약 12 lbf, 예를 들어, 약 3 lbf 내지 약 9 lbf일 수 있다. 상기 컨디셔너(170)를 이러한 조건 하에서 가압하여 수행하는 표면 처리를 통하여 상기 제1면(11)이 연마 공정 전체에 걸쳐 최적의 표면 상태를 유지할 수 있고, 연마 수명이 장기화되는 효과를 얻을 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하고, 이로 인해 본 발명의 권리 범위가 제한 해석되지 않으며, 본 발명의 권리 범위는 청구 범위에 의해서 결정되는 것이다.
<실시예 및 비교예>
실시예 1
2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 100 중량부 대비 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI) 25 중량부 및 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI) 14 중량부를 혼합하여 제2 이소시아네이트 성분을 준비하였다. 상기 제2 이소시아네이트 성분 전체 100 중량부 대비 중량평균분자량이 1,000(±50)g/mol이고, 수산기가(OH-v)가 112(±10)mgKOH/g인 폴리에테르계 제2 폴리올 130 중량부를 준비하고, 상기 이소시아네이트 성분 전체 100 중량부 대비 중량평균분자량(Mw)이 106g/mol인 디에틸렌글리콜(DEG) 14 중량부를 혼합하여 제2 알코올 성분을 준비하였다. 상기 이소시아네이트 성분 및 상기 폴리올 성분을 포함하는 혼합 원료를 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제2 조성물을 준비하였다. 상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 9중량%로 제조되었다. 상기 제2 조성물에 제2 경화제로서 아민기(-NH2) 반응기를 갖는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 제2 조성물 중의 NCO기 대 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 1:0.96이 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 제2 조성물 전체 100 중량부 대비 제2 발포제로서 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부 및 실리콘계 계면활성제(OFX-193) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 제2 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였고, 동시에 기상 발포제로서 질소(N2) 기체를 1.0L/min의 주입 속도로 상기 제2 조성물의 주입 시간과 동일한 시간 동안 주입하였다. 이어서, 상기 제2 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 시트를 제조하였다. 상기 시트를 선삭(line turning) 가공하고, 표면이 폭(width, w1) 0.5mm, 피치(pitch, p1) 3.0mm, 깊이(depth, d1) 0.85mm인 동심원형 그루브를 가공하여 두께 1.0mm의 연마 가변층을 제조하였다.
상기 연마 가변층의 그루브 및 두께 가공 중에 발생한 부산물을 분쇄기를 이용하여 평균 입경이 1~2mm(평균입경 약 1.5mm)가 되도록 분쇄하였다. 상기 분쇄물 300g을 디에틸렌글리콜(DEG)와 1:2의 중량비로 혼합한 후 170℃의 온도 조건 하에서 6시간 동안 가공 처리하여 수산기가(OH-v)가 600(±20)mgKOH/g인 재생 폴리올을 수득하였다. 제1 폴리올로서 상기 재생 폴리올을 함유하는 제1 알코올 성분을 준비하고, 톨루엔디이소시아네이트(TDI)를 포함하되 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 48중량%인 제1 이소시아네이트 성분을 준비하였다. 상기 제1 알코올 성분과 상기 제1 이소시아네이트 성분을 반응시켜 제1 우레탄계 프리폴리머를 제조하되, 각 성분의 함량은 상기 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 12중량%가 되도록 조절되었다. 상기 제1 조성물에 제1 경화제로서 수산기(-OH)를 반응기로 포함하면서 수산기가(OH-v)가 750mgKOH/g인 알코올 경화제(MCNS社, LA-750)를 혼합하되, 상기 제1 조성물 중의 NCO기 대 상기 경화제의 OH기의 몰비가 1:1이 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 제1 조성물 전체 100 중량부 대비 실리콘계 계면활성제(OFX-193) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 제1 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 100mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였고, 동시에 기상 발포제로서 질소(N2) 기체를 1.0L/min의 주입 속도로 상기 제1 조성물의 주입 시간과 동일한 시간 동안 주입하였다. 이어서, 상기 제2 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 10시간 후경화 반응하여 경화물을 제조하였다. 상기 제2 조성물의 경화물을 1mm 두께로 절단(cutting) 가공하여 복수의 연마 불변층을 제조하였다.
한편, 폴리에스테르 수지 부직포에 우레탄계 수지가 함침된 구조이고, 두께가 1.1mm인 쿠션층을 준비하였다.
상기 연마 가변층의 그루브가 생성된 면의 이면; 상기 연마 불변층의 양면; 상기 쿠션층의 일면; 상에 각각 양면 접착 테이프를 부착하고, 순차적으로 상기 연마 가변층, 상기 연마 불변층 및 상기 쿠션층을 적층하되, 상호 접착 테이프 부착면이 맞닿도록 배치 후 합지하여 총 두께 3.2(±0.5)mm인 연마패드를 제조하였다.
비교예 1
상기 실시예 1에 있어서, 상기 연마 불변층 없이, 상기 연마 가변층 및 상기 쿠션층을 포함하되, 상기 연마 가변층을 제조함에 있어서 상기 제1 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하여 제조하였고, 상기 제1 조성물의 경화물의 최종 두께가 2.0mm이 되도록 선삭(line turning) 가공하여 연마 가변층을 제조한 것을 제외하고 동일한 방법으로 연마 가변층을 제조하였다. 또한, 상기 연마 가변층의 그루브가 생성된 면의 이면; 및 상기 쿠션층의 일면; 상에 각각 양면 접착 테이프를 부착하고 상호 접착 테이프 부착면이 맞닿도록 배치 후 합지함으로써 총 두께 3.2(±0.5)mm인 연마패드를 제조한 것을 제외하고, 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.
<측정 및 평가>
실험예 1: 연마패드 경도 평가
상기 실시예 및 비교예 각각의 연마패드에 대하여, 연마면인 제1면의 쇼어 D(Shore D) 경도를 측정하였다. 구체적으로, 가로 및 세로를 각각 5cmХ3cm 크기로 재단하여 샘플을 마련하고, 각각의 샘플을 오도 25℃에서 12시간 보관 후 쇼어 D (Shore D) 경도계를 이용하여 측정하였다. 그 결과는, 하기 표 2에 기재한 바와 같다.
실험예 2: 연마패드 압축률 평가
상기 실시예 및 비교예 각각의 연마패드에 대하여, 무부하 상태의 초기 두께(D1)를 측정하고, 상온에서 2400g의 지름 25mm 단면적을 가지는 원기둥 추로 1분 동안 가압하는 압력 조건 하에서 가압하여 변형된 두께(D2)를 측정한 후, (D1-D2)/D1Х100의 식을 이용하여 압축률(%)을 도출하였다.
실험예 3: 연마 가변성 평가
상기 실시예 및 비교예 각각에 대하여, 각각의 연마패드가 제조된 후 연마 공정에 적용되기 이전의 상기 연마 가변층의 제1면에 대한 표면 조도(Ri)를 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 측정하였고, 각각의 연마패드 전체 두께(Ti)와 각각의 제1면 상의 그루브의 깊이(Gi)를 측정하였다.
이어서, 각각의 연마패드에 대하여 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼 상에 산화규소(SiO2)를 화학기상증착(CVD) 공정에 의해서 증착하였다. CMP 장비에 상기 연마패드를 부착하고, 실리콘 웨이퍼의 산화규소 층의 표면이 연마패드의 연마면을 향하도록 설치하였다. 상기 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리(KC Tech社, ACS 350)를 250mL/분의 속도로 공급하면서, 3.0psi의 하중으로 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 연마면 상에 가압하고, 상기 연마패드 및 상기 실리콘 웨이퍼의 회전 속도를 각각 100rpm으로 하여 상기 산화규소 막을 연마하였다. 연마율이 초기 연마율보다 20% 변화한 시점까지 연마를 진행한 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 증류수로 세정한 후 질소로 15초 동안 건조하였다.
각각의 연마패드에 대하여 연마율이 초기 연마율보다 20% 변화한 시점을 연마패드의 수명 종결 시점으로 하여, 건조된 각각의 연마패드의 상기 연마 가변층의 제1면에 대한 표면 조도(Rf)를 중심선 평균 거칠기(Ra) 기준으로 측정하였고, 각각의 연마패드 전체 두께(Tf)와 각각의 제1면 상의 그루브의 깊이(Gf)를 측정하였다.
이어서, 상기 식 1 및 식 2를 이용하여 상기 제1 연마 가변성 지수 및 상기 제2 연마 가변성 지수를 도출하였으며, 그 결과는 하기 표 1에 기재한 바와 같다.
실험예 4: 연마 성능 평가
상기 실시예 및 비교예 각각의 연마패드에 대하여, 상기 실험예 3과 동일한 방법으로 연마를 진행한 후 하기와 같이 각각의 연마 성능을 평가하였다. 그 결과는 표 1에 기재한 바와 같다.
(1) 평균 연마율
상기 실험예 3과 동일한 방법으로 연마를 진행하되, 1분 동안 연마를 진행한 후 건조된 실리콘 웨이퍼에 대해 광간섭식 두께 측정 장치(SI-F80R, Kyence사)를 사용하여 연마 전후의 막 두께 변화를 측정하였다. 이후 하기 식을 사용하여 연마율을 계산하였다. 이와 같이, 총 5회 연마율을 측정하여 수 평균 값을 구하여 평균 연마율로 하였다.
연마율(Å/min) = 실리콘 웨이퍼의 연마 두께(Å) / 연마 시간(min)
(2) 결함
상기 실험예 3과 동일한 방법으로 연마를 진행하되, 1분 동안 연마를 진행한 후 연마 대상의 연마된 표면을 육안 관찰하여 스크래치(scratch) 등의 결함(Defect)의 개수를 도출하였다. 구체적으로, 연마 후 실리콘 웨이퍼를 클리너(Cleaner)로 이동시켜, 1% 불화수소(HF)와 정제수(DIW); 1% 질산(H2NO3)과 정제수(DIW)를 각각 사용하여 10초씩 세정하였다. 이후 스핀드라이어(spin dryer)로 이동시켜 정제수(DIW)로 세정한 후 질소(N2)로 15초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 디펙(Defect) 측정 장비(Tenkor社, XP+)를 사용하여 연마 전후 결함의 변화를 육안 관찰하였다.
(3) 연마 평탄도
상기 실험예 3과 동일한 방법으로 연마를 진행하되, 1분 동안 연마를 진행한 후 49곳의 웨이퍼의 면내 막 두께를 측정하여 (연마된 두께의 표준 편차(Å) / 평균 연마 두께(Å)) X 100의 식을 이용하여 연마 평탄도(WIWNU: Within Wafer Non Uniformity, %)를 도출하였다.
상기 표 2를 참조할 때, 상기 실시예 1의 연마패드는 연마 가변층 및 연마 불변층의 적층 구조를 구비한 연마층을 포함하고, 상기 연마 불변층으로서 상기 연마 가변층의 그루브 및 두께 가공 중에 발생한 부산물을 분쇄기를 이용하여 평균 입경이 1~2mm(평균입경 약 1.5mm)가 되도록 분쇄한 분쇄 입자를 가공하여 마련된 재생 폴리올을 적용한 재활용층을 적용하였다. 상기 비교예 1은 이러한 재활용층의 적용이 없는 연마패드로서, 상기 실시예 1의 연마패드가 재활용된 구성을 포함함에도 상기 비교예 1과 동등 수준의 연마 성능을 구현하는 바, 본연의 연마 기능에 더하여 공정 생산성 및 경제성 측면에서도 향상된 효과를 얻는 것을 확인할 수 있었다.
110: 연마패드
10: 연마층
101: 연마 가변층
102: 연마 불변층
11: 제1면
12: 제2면
13: 분리 가능 계면
14: 그루브
20: 쿠션층
30: 제1 접착층
40: 제2 접착층
w1: 그루브의 폭
p1: 그루브의 피치
d1: 그루브의 깊이
D1: 연마 가변층의 두께
15: 기공
120: 정반
130: 반도체 기판
140: 노즐
150: 연마 슬러리
160: 캐리어
170: 컨디셔너
10: 연마층
101: 연마 가변층
102: 연마 불변층
11: 제1면
12: 제2면
13: 분리 가능 계면
14: 그루브
20: 쿠션층
30: 제1 접착층
40: 제2 접착층
w1: 그루브의 폭
p1: 그루브의 피치
d1: 그루브의 깊이
D1: 연마 가변층의 두께
15: 기공
120: 정반
130: 반도체 기판
140: 노즐
150: 연마 슬러리
160: 캐리어
170: 컨디셔너
Claims (12)
- 연마층을 포함하고,
상기 연마층은 연마면을 가지는 연마 가변층; 및
상기 연마 가변층의 상기 연마면의 이면 측에 배치되는 연마 불변층을 포함하고,
상기 연마 불변층은 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고,
상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물이고,
상기 연마 가변층은 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제2 조성물의 경화물을 포함하고,
상기 제2 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 50mgKOH/g 이상, 200mgKOH/g 미만인 제2 폴리올을 포함하는 제2 알코올 성분; 및 제2 이소시아네이트 성분의 반응 생성물이며,
상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량이 상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량보다 많은,
연마패드. - 제1항에 있어서,
상기 연마 가변층과 상기 연마 불변층의 계면이 분리 가능 계면인,
연마패드. - 제1항에 있어서,
상기 연마 가변층 및 상기 연마 불변층은, 각각 적어도 하나의 층을 포함하는 연마패드. - 제1항에 있어서,
상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량은 8중량% 내지 20중량%인,
연마패드. - 제1항에 있어서,
상기 제1 조성물은 제1 경화제를 더 포함하고,
상기 제1 경화제는 아민기(-NH2), 수산기(-OH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 반응기를 포함하는 화합물을 포함하는,
연마패드. - 제5항에 있어서,
상기 제1 경화제는 상기 반응기로 수산기(-OH)를 포함하는 화합물을 포함하고,
상기 수산기(-OH)를 포함하는 화합물의 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 600mgKOH/g 초과, 900mgKOH/g 이하인,
연마패드. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 제2 조성물은 제2 경화제를 더 포함하고,
상기 제2 경화제는 아민기(-NH2), 수산기(-OH) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 반응기를 포함하는 화합물을 포함하는,
연마패드. - 제8항에 있어서,
상기 제2 경화제는 상기 반응기로 아민기(-NH2)를 포함하는 화합물을 포함하고,
상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 대 상기 제2 경화제 중의 아민기(-NH2)의 몰비가 1:0.80 내지 1:1.20인,
연마패드. - 제1항에 있어서,
상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO)의 함량은 5중량% 내지 11중량%인,
연마패드. - 연마면을 가지는 연마층을 포함하는 연마패드를 정반 상에 제공하는 단계;
상기 연마면에 연마대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마대상을 연마시키는 단계;를 포함하고,
상기 연마층은, 상기 연마면을 포함하는 연마 가변층과, 상기 연마 가변층의 상기 연마면의 이면 측에 배치된 연마 불변층을 포함하고,
상기 연마 불변층이 제1 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제1 조성물의 경화물을 포함하고,
상기 제1 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 200mgKOH/g 내지 900mgKOH/g인 제1 폴리올을 포함하는 제1 알코올 성분; 및 제1 이소시아네이트 성분의 반응 생성물이고,
상기 연마 가변층은 제2 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 제2 조성물의 경화물을 포함하고,
상기 제2 우레탄계 프리폴리머는 수산기가(Hydroxyl number, OH-Value)가 50mgKOH/g 이상, 200mgKOH/g 미만인 제2 폴리올을 포함하는 제2 알코올 성분; 및 제2 이소시아네이트 성분의 반응 생성물이며,
상기 제1 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량이 상기 제2 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO) 함량보다 많은,
반도체 소자의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 연마 대상의 피연마면이 상기 연마층의 연마면에 가압되는 하중이 0.01psi 내지 20psi인,
반도체 소자의 제조방법.
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| KR1020210134659A KR102594068B1 (ko) | 2021-10-12 | 2021-10-12 | 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 |
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| CN117020936B (zh) * | 2023-10-10 | 2023-12-29 | 青禾晶元(天津)半导体材料有限公司 | 一种光催化复合抛光垫及其制备方法与抛光方法 |
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| JP2017132013A (ja) | 2016-01-29 | 2017-08-03 | ローム アンド ハース エレクトロニック マテリアルズ シーエムピー ホウルディングス インコーポレイテッド | 研磨パッド |
| KR101924566B1 (ko) * | 2017-09-04 | 2018-12-03 | 에스케이씨 주식회사 | 고단차 제거용 다층 연마패드 |
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| JP7139299B2 (ja) | 2019-10-01 | 2022-09-20 | エスケーシー ソルミックス カンパニー，リミテッド | 研磨パッド、その製造方法及びそれを用いた研磨方法 |
| KR102298112B1 (ko) * | 2019-11-20 | 2021-09-03 | 에스케이씨솔믹스 주식회사 | 연마패드용 조성물, 연마패드 및 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 |
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2021
- 2021-10-12 KR KR1020210134659A patent/KR102594068B1/ko active IP Right Grant
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- 2022-09-29 CN CN202211200798.5A patent/CN115958524A/zh active Pending
- 2022-10-06 JP JP2022161991A patent/JP7416888B2/ja active Active
- 2022-10-06 TW TW111137929A patent/TW202315707A/zh unknown
- 2022-10-11 US US17/963,544 patent/US20230110921A1/en active Pending
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