KR102639470B1 - 연마 패드 및 그 연마 패드에 의한 연마방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기재와, 기재 상에 형성된 흡착층 및 연마층으로 이루어지는 연마 패드에 관한 것이다. 흡착층은 양쪽 말단에만 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘 등으로부터 선택되는 1종 이상의 실리콘을 가교시켜서 이루어지는 조성물로 이루어진다. 그리고, 본 발명에서는 흡착층 위에 연마 패드의 바깥둘레를 따른 링형상의 실드 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 연마 패드는 연마작업 시, 정반에 상기 흡착층을 흡착·고정하고, 연마 슬러리를 연마층 상에 공급하여 사용된다. 본 발명에서는 링형상의 실드 부재가 흡착층과 정반의 계면으로의 연마 슬러리의 침입을 억제한다.
Description
본 발명은 반도체 부품, 전자 부품 등에서 사용되는 피연마 부재의 연마공정에서 사용되는 연마 패드에 관한 것이다. 특히, 반도체 웨이퍼 등의 피연마 부재의 연마 가공에 있어서, 연마 패드의 교환작업을 효율적으로 행할 수 있는 동시에, 연마작업 중 연마 패드의 위치 어긋남이나 박리를 방지할 수 있는 연마 패드에 관한 것이다.
반도체 웨이퍼, 디스플레이용 유리 기판, 하드디스크용 기판 등의 반도체 부품, 전자 부품의 제조 프로세스에 있어서는, 기판 등의 표면의 평탄화나 경면화를 위한 연마 공정이 포함된다. 연마 공정은 연마 패드를 연마장치의 정반에 고정하고, 연마 패드의 연마층 표면에 연마 슬러리를 공급하면서, 가압 상태에서 피연마 부재와 연마 패드를 슬라이딩시킴으로써 행하여진다.
연마 패드의 정반으로의 고정방법으로서는, 이전에는 점착 테이프 등의 점착재에 의한 방법이 주류였으나, 이 고정방법에는 연마 패드의 교환·고정 작업에 시간과 노동력이 요구되어, 연마 공정의 작업효율을 크게 저하시키고 있었다. 이 연마 패드의 고정의 문제에 대해, 고정·교환 작업을 용이하게 행할 수 있는 연마 패드를 개발하고 있다(특허문헌 1, 2).
선행기술문헌
특허문헌
(특허문헌 1) 일본국 실용신안 등록 제3166396호 명세서
(특허문헌 2) 일본국 특허 제5765858호 명세서
이러한 흡착층을 구비하는 연마 패드의 외관을 도 6에 나타낸다. 이 연마 패드는 연마층을 지지하는 기재의 이면 측에, 흡착작용을 갖는 소정의 실리콘 화합물로 이루어지는 흡착층을 설치한 것이다. 이 흡착층을 구성하는 실리콘 화합물은 유리나 금속 등의 재질을 불문하고 흡착작용을 가지며, 그 유지력도 양호하다. 이 흡착에 의한 유지력에 대해서는, 전단력(수평방향의 고정강도)이 높은 한편으로, 박리력(수직방향의 고정강도)은 낮다고 하는 특성이 보인다. 이 특성은 연마 패드를 정반으로 고정하는 데 있어서 적합하다. 연마작업에 있어서는, 연마 패드는 수평방향의 응력을 계속적으로 받기 때문에, 전단력에 있어서 높은 유지력이 필요하기 때문이다. 수직방향의 유지력에 관하여는, 연마 패드는 정반에 눌려 있기 때문에 커다란 유지력은 반드시 요구되는 것은 아니다. 그리고, 이 실리콘 화합물로 이루어지는 흡착층의 흡착효과는 연마 패드의 면내에서 균일하여, 중심부로부터 단부에 걸쳐 균등한 유지력을 발휘할 수 있다. 따라서, 안정적인 연마작업을 기대할 수 있다.
또한, 이 연마 패드는 정반으로의 고정을 원활하게 행할 수 있고, 교환작업을 효율적으로 행할 수 있다는 이점도 있다. 상기와 같이, 연마 패드의 흡착층은 전단력에 비해 박리력이 낮은 것으로부터, 연마 패드를 정반에 수직방향으로 가볍게 누르는 것만으로 고정할 수 있고, 탈착도 용이하기 때문이다. 따라서, 이 출원 출원인에 의한 연마 패드는 연마작업의 효율화의 관점에서도 유용하다.
전술한 바와 같이, 이 출원 출원인에 의한 소정의 흡착층을 구비하는 연마 패드는 교환작업에 수반되는 편리성이 양호한 동시에, 정반으로의 고정능력도 우수하다. 그러나, 본 발명자들의 검토에 의하면, 이러한 유용한 연마 패드를 사용한 경우라도, 드물기는 하지만, 연마작업의 진행에 의해, 연마 패드의 위치 어긋남이나 부분적인 박리가 발생하는 경우가 있는 것이 확인되어 있다. 이 연마 패드의 위치 어긋남이나 박리는, 반드시 연마 시간의 장단이나 연마 패드의 교환 빈도에 따른 흡착층의 열화에 의한 것은 아니다. 또한, 항상 발생하는 문제도 아니어서, 대부분의 연마 환경이나 조건에 있어서는 문제없이 연마작업을 행할 수 있다. 단, 이 연마 패드를 지금까지 이상으로 보급시키기 위해서는, 약간의 가능성이라도 박리 등의 문제를 해소시키는 것이 바람직하다.
본 발명은 이상과 같은 배경하에 이루어진 것으로, 소정의 실리콘 조성물로 이루어지는 흡착층을 갖는 연마 패드에 대해서, 정반으로부터의 박리 등이 억제된 것을 제공한다. 그리고, 이러한 연마 패드를 이용하는 연마방법에 대해서도 개시한다.
본 발명자들은 상기 목적을 위해, 소정의 흡착층을 구비하는 연마 패드에 관하여, 연마작업 중 정반으로부터의 박리 등이 발생하는 요인을 검토하기로 하였다. 그 결과, 연마 패드의 흡착층과 정반의 계면에 연마 슬러리가 침입하는 경우가 있어, 이것이 박리 등을 일으키고 있을 가능성이 있다고 고찰하였다. 연마 슬러리는 용매에 콜로이달 실리카, 알루미나, 세리아, 다이아몬드 등으로 이루어지는 연마 지립을 분산시킨 것을 기본 구성으로 하는 현탁액이다. 본 발명자들은 검토 결과, 연마 슬러리의 구성·성분에 따라서는, 연마 패드와 정반의 계면으로의 침입성이 증대되는 경우가 있다고 하는 고찰을 하고 있다. 특히, 성분 조정에 의해 점성이 낮은 연마 슬러리에 있어서 계면으로의 침입성이 높아진다고 생각하였다.
점성이 낮은 연마 슬러리는 연마 패드와 정반 사이의 미세한 극간에 의한 모세관현상의 영향도 맞물려, 계면에 비교적 용이하게 침입한다. 그리고, 계면에 슬러리가 축적된 상태는 실리콘 조성물로 이루어지는 흡착층에 있어서 바람직하지 않은 상태로, 흡착력이 저하되게 된다. 이 흡착력 저하에 의해 연마 패드의 정반으로부터의 박리나 위치 어긋남이 발생하게 된다.
단, 연마 패드의 흡착층의 능력 저하의 요인이 연마 슬러리에 있다고 하더라도, 그 성분·구성을 손쉽게 변경하는 것은 어렵다. 연마 슬러리를 구성하는 연마 지립이나 용매 등의 성분·구성은 피연마 부재의 재질이나 요구되는 연마 정밀도 등에 기초하여 최적화되는 것이 일반적이다. 연마 슬러리가 특정 연마 패드에 영향을 미치는 것이 우려된다고 해서, 연마 정밀도 등에 영향을 미치는 변경을 가하는 것은 용이하게 허용되지 않는다.
이에, 본 발명자들은 연마 패드의 구성을 개량함으로써, 정반으로부터의 박리 등의 문제를 해결하기로 하였다. 구체적으로는, 연마 패드의 흡착층과 정반의 계면에 연마 슬러리가 침입하는 것을 억제하기 위해, 연마 패드 이면이 되는 흡착층의 표면 상에 실드 부재를 배치하기로 하였다.
즉, 본 발명은 기재와, 상기 기재의 한쪽 면에 형성된 흡착층과, 상기 기재의 다른 쪽 면에 형성된 연마층으로 구성되고, 연마작업 시, 정반에 상기 흡착층을 흡착·고정하고, 연마 슬러리를 상기 연마층 상에 공급하여 사용되는 연마 패드에 있어서, 상기 흡착층은 양쪽 말단에만 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 양쪽 말단 및 측쇄에 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 말단에만 비닐기를 갖는 분지상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 및 말단 및 측쇄에 비닐기를 갖는 분지상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘으로부터 선택되는 1종 이상의 실리콘을 가교시켜서 이루어지는 조성물로부터 이루어지고, 상기 흡착층과 상기 정반의 계면으로의 상기 연마 슬러리의 침입을 억제하기 위해, 흡착층 상에 연마 패드의 바깥둘레를 따른 링형상의 실드 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 연마 패드이다.
아래에, 본 발명의 연마 패드에 대해서 상세하게 설명한다. 상기와 같이, 본 발명은 종래기술(특허문헌 1, 2)과 마찬가지로, 기재와, 기재의 표면 및 이면에 형성되는, 연마층 및 흡착층과의 조합을 기본적인 구성으로 한다. 그리고, 흡착층의 표면에 연마 패드의 바깥둘레를 따른 링형상의 실드 부재를 구비하는 점에 특징을 갖는다.
도 1은 본 발명의 링형상의 실드 부재를 구비하는 연마 패드를 정반에 고정한 상태의 구체적인 예를 나타내는 도면이다. 도 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명의 연마 패드는 그 지름이 정반의 바깥지름에 대해 커지도록 설정되어 있다. 그리고, 이 연마 패드는 이면이 되는 흡착층의 바깥 가장자리에, 일정 폭과 두께를 갖는 링형상의 실드 부재가 접합되어 있다. 또한, 이 예에서는, 링형상 실드 부재의 안지름이 정반의 바깥지름과 대략 동일해져 있다.
그리고, 연마작업에 있어서는, 연마층 상에 연마 슬러리를 공급하면서, 연마 패드를 회전한다. 연마층 표면에 공급된 연마 슬러리는 도 2에 나타내는 바와 같이, 원심력에 의해 바깥둘레 쪽으로 고속으로 젖어서 퍼져 연마 패드의 측면에 도달한다. 이때, 본 발명의 연마 패드에서는, 흡착층에 접합된 실드 부재가 연마 슬러리를 막아, 슬러리가 연마 패드 이면 측으로 휩쓸려 들어가는 것을 방지하고 있다. 그리고, 연마작업 중에는 연마 패드가 고속 회전하고 있는 것으로부터, 막힘을 당한 연마 슬러리는 링형상 실드 부재로부터 바깥쪽으로 비산한다. 이로써, 연마 슬러리는 흡착층과 정반의 계면에 침입하는 것은 불가능하여, 흡착층의 밀착 상태가 유지되게 된다.
이와 같이, 본 발명은 연마 패드를 정반보다 다소 큰 지름으로 하면서, 폭이 넓어진 부분의 흡착층 위에 링형상 실드 부재를 설정하고 있는 것을 특징으로 한다. 아래에 본 발명의 연마 패드 및 이것에 의한 연마방법에 대해서 보다 상세하게 설명한다. 먼저, 연마 패드의 각 구성에 대해서 설명한다.
(A) 본 발명의 연마 패드의 구성
본 발명의 연마 패드는 기재, 연마층, 흡착층 및 링형상의 실드 부재로 구성된다.
(A－1) 기재
기재는 연마층 및 흡착층을 지지하기 위한 부재로, 연마 패드의 취급성을 확보하기 위한 부재이다. 기재는 얇은 유기물로 이루어지는 원형의 시트 형상의 부재이다. 기재는 파단강도가 210∼290 ㎫, 파단신도가 80∼130%인 수지재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 파단강도가 210∼240 ㎫이고, 파단신도가 110∼130%이다. 또한, 이 인장강도는 건조 시에 측정되는 값으로 한다.
기재의 구성재료는 구체적으로는 폴리에스테르, 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리프로필렌, 나일론, 우레탄, 폴리염화비닐리덴, 폴리염화비닐 등의 수지이다. 바람직하게는 폴리에스테르계 수지재료이고, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)이며, 특히 바람직한 것은 PET이다. 기재는 단층이어도 되나 복수의 수지로 다층 구조로 해도 된다.
기재의 형상과 치수, 즉 연마 패드의 형상과 치수는 원형 또는 사각형의 것이 적용된다. 상기와 같이, 본 발명의 연마 패드는 정반의 지름보다도 큰 지름이 되도록 치수가 조정된다. 후술하는 바와 같이, 구체적으로는 정반의 지름에 대해 10 ㎜∼50 ㎜ 큰 지름으로 하는 것이 바람직하다. 정반의 치수는 피연마재의 치수나 동시 연마하는 개수에 따라 임의의 바깥지름의 것이 선택된다. 그리고, 연마 패드의 지름(최대지름)으로서는, 100 ㎜∼2,000 ㎜의 범위에서 설정되는 경우가 많다.
(A－2) 연마층
연마층은 그 명칭이 나타내는 바와 같이, 피연마 부재를 연마하기 위한 층이다. 연마층은 공급된 연마 슬러리를 적절히 유지하여, 피연마 부재 표면을 연마한다. 본 발명의 연마층은 종래부터 있는 일반적인 연마 패드에 적용되는 연마포를 적용할 수 있다. 예를 들면, 나일론, 폴리우레탄, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 형성된 부직포, 발포 성형체 등을 적용할 수 있다. 또한, 그 표면(연마면)의 형상은 평탄한 것에 한정되지 않고, 연마제를 유지하기 위한 홈 등을 적당히 형성해도 된다. 연마층이 되는 연마포의 두께는 0.5∼3 ㎜의 것이 바람직하다.
연마층은 기재에 강고하게 접합되어 있는 것이 바람직하다. 연마층과 기재의 접합방법은 공지의 방법을 채용할 수 있고, 예를 들면 접착제나 점착제 등으로 접합하는 것이 바람직하다.
(A－3) 흡착층
흡착층은 그 구성재료에 유래하는 흡착작용에 의해, 연마 패드를 정반에 고정하기 위한 부재이다. 지금까지 기술한 바와 같이, 흡착층은 실리콘 조성물로 구성되어 있어, 기본적으로, 상기한 본 발명자들에 의한 종래의 연마 패드(특허문헌 1, 2)에서 적용되는 것과 동일하다. 즉, 흡착층을 구성하는 실리콘 조성물은 양쪽 말단에만 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 양쪽 말단 및 측쇄에 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 말단에만 비닐기를 갖는 분지상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 및 말단 및 측쇄에 비닐기를 갖는 분지상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘으로부터 선택되는 1종 이상의 실리콘을 가교시켜서 이루어지는 조성물이다.
상기 실리콘의 구체적인 예로서는, 직쇄상 폴리오르가노실록산의 예로서 화학식 1의 화합물을 들 수 있다. 또한, 분지상 폴리오르가노실록산의 예로서 화학식 2의 화합물을 들 수 있다.
화학식 1, 화학식 2에 있어서 치환기(R)의 구체적인 예로서는 메틸기, 에틸기, 프로필기 등의 알킬기, 페닐기, 톨릴기 등의 아릴기, 또는 이들 기의 탄소원자에 결합한 수소원자의 일부 또는 전부를 할로겐원자, 시아노기 등으로 치환한 동종 또는 이종의 비치환 또는 치환의 지방족 불포화기를 제외한 1가 탄화수소기를 들 수 있다. 바람직하게는 그의 적어도 50 몰%가 메틸기인 것이다. 치환기는 이종이어도 동종이어도 된다. 또한, 이 폴리실록산은 단독이어도 2종 이상의 혼합물이어도 된다.
흡착층을 구성하는 실리콘은 수 평균 분자량이 30,000∼100,000인 것이 적합한 흡착작용을 갖는다. 단, 표면 거칠기의 조정에 있어서는, 적용하는 실리콘의 수 평균 분자량과 제조 단계에 있어서의 소성온도가 영향을 미친다. 적합한 표면 거칠기를 용이하게 발휘시키기 위해 실리콘의 수 평균 분자량은 30,000∼60,000의 것이 바람직하다.
흡착층의 두께는 20∼50 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 기재의 두께는 50∼200 ㎛로 하는 것이 바람직하다. 기재와 흡착층은 밀착 접합되어 있는 것이 바람직하다.
흡착층은 기재에 전술한 실리콘 성분을 함유하는 도공액을 도포하여 소성함으로써 형성할 수 있다. 소성에 의해 폴리오르가노실록산의 가교반응이 진행되어, 기재에 밀착된 상태로 흡착층이 형성된다. 사용하는 도공액은 상기한 직쇄상, 분지상 폴리오르가노실록산 화합물과 가교제를 포함한다. 가교제는 공지의 것이면 되는데, 예를 들면, 오르가노하이드로젠폴리실록산을 들 수 있다. 오르가노하이드로젠폴리실록산은 1분자 중에 규소원자에 결합한 수소원자를 3개 이상 갖는 것인데, 실용상 분자 중에 2개의 ≡SiH 결합을 갖는 것을 그 전량의 50 중량%까지로 하고, 잔여를 분자 중에 3개 이상의 SiH 결합을 포함하는 것으로 하는 것이 바람직하다. 도공액은 가교반응에서 사용하는 백금계 촉매를 포함하고 있어도 된다. 도공액은 무용제형, 용제형, 에멀션형 중 어느 형태여도 된다. 도공액 도포 후의 소성은 120∼180℃에서 60∼150초 가열하는 것이 바람직하다.
(A－4) 링형상의 실드 부재
지금까지 기술한 바와 같이, 본 발명의 연마 패드는 흡착층의 면 상에 연마 패드의 바깥둘레를 따른 링형상의 실드 부재를 구비하는 것을 특징으로 한다. 이 실드 부재는 연마작업 중에 공급되는 연마 슬러리를 연마 패드의 바깥둘레 부분에서 막아, 연마 슬러리가 흡착층과 정반의 계면에 침입하지 않도록 하기 위한 부재이다.
실드 부재는 일정 폭과 두께가 있는 링형상을 갖는다. 그 수직방향의 단면 형상은 직사각형을 기본으로 하는데(도 3(a)), 하단부의 한쪽 또는 양쪽이 모따기된 형상으로 해도 된다(도 3(b)∼(d)). 모서리를 모따기하여 경사를 형성함으로써, 연마 슬러리의 실드 부재으로부터의 끊김이 좋아진다. 실드 부재 하단부의 모따기는, 직선상의 경사(테이퍼)여도 되고(도 3(b), (d)), 곡선상의 경사(아르)여도 된다(도 3(c)). 또한, 단면 형상에 있어서 바깥쪽 또는 안쪽(정반 측)의 한쪽 단부가 모따기되어 있어도 되지만, 양쪽 단부가 모따기되어 있어도 된다.
링형상 실드 부재의 폭은 5 ㎜ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 연마 슬러리를 막아 정반에 도달시키지 않도록 하기 위해서는, 어느 정도의 폭이 필요하기 때문이다. 또한, 링형상 실드 부재의 안지름은 정반의 바깥지름 이상으로 할 필요가 있다. 연마 패드는 흡착층과 정반을 밀착시켜서 사용하는 것이기 때문에, 따라서, 링형상 실드 부재의 폭은 연마 패드의 반지름과 정반의 반지름의 차 이하로 할 필요가 있다. 후술하는 바와 같이, 연마 패드의 지름과 정반의 반지름의 차는 50 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하기 때문에, 링형상 실드 부재의 폭은 25 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 링형상 실드 부재의 내면은 정반 측면과 밀착하도록 되어 있어도 된다. 또한, 밀착하지 않고, 링형상 실드 부재의 내면과 정반의 측면 사이에 극간이 생겨 있어도 된다.
그리고, 링형상 실드 부재의 두께(높이)에 대해서는, 10 ㎜∼50 ㎜로 하는 것이 바람직하다. 연마 슬러리를 막아 정반에 도달하지 않도록 하기 위해서는, 적당한 높이가 필요하기 때문이다.
다음으로, 링형상 실드 부재의 구성재료에 대해서 설명한다. 본 발명의 링형상 실드 부재는 연마면의 표면에서 퍼진 연마 슬러리가 연마 패드 이면 측의 정반까지 도달하지 않도록 막는 부재이다. 이 기능을 고려하면, 실드 부재의 재질로서, 흡액성을 갖는 것을 적용할 수 있다. 수흡수성을 갖는 링형상 실드 부재가 연마 슬러리를 흡수함으로써, 연마 슬러리의 정반으로의 도달을 유효하게 저지할 수 있는 경우가 있다.
그러나, 이 실드 부재의 수흡수성이 지나치게 높으면, 과도하게 습윤 상태가 된 실드 부재로부터 스며 나온 슬러리가 정반의 극간에 흡수될 우려가 있다. 또한, 연마 슬러리를 다량으로 흡수함으로써, 링형상 실드 부재의 중량이 증대되어, 연마 패드의 회전 상태에 영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서, 링형상 실드 부재에 수흡수성을 구비시키는 경우에는, 적당한 수흡수성으로 하는 것이 요구된다. 구체적으로는, 실링 부재는 온도 20℃의 물에 1시간 침지했을 때의 질량 증가율(1시간 수흡수율)이 60% 중량 이하인 것이 바람직하다.
단, 링형상의 실드 부재에 있어서, 수흡수성은 필수 기능은 아니다. 실드 부재의 형상이나 치수를 상기와 같이 적절하게 함으로써, 효과적으로 연마 슬러리를 비산시킬 수 있어, 목적은 달성되기 때문이다. 연마 슬러리를 흡수하는 것에 따른 질량 증가를 고려하면, 실드 부재에 수흡수성을 구비시키지 않는 편이 좋은 경우도 있다. 따라서, 수흡수성이 없는 재료 또는 수흡수성이 낮은 재료로 링형상의 실드 부재를 구성하는 것도 가능하다. 이 경우, 실드 부재의 1시간 수흡수율을 0%∼1% 이하로 할 수 있다.
링형상 실드 부재의 구성재료로서는 셀룰로오스, 고무(부타디엔 고무, 클로로프렌 고무 등), 비닐계 수지(폴리비닐알코올(PVA), 에틸렌－초산비닐(EVA), 염화비닐(PVC) 등), 스티렌계 수지(폴리스티렌(PS) 등), 폴리카보네이트(PC), 불소 수지(테플론(등록상표)：PTFE 등), 폴리우레탄(PU)을 적용할 수 있다. 이들 재료로 이루어지고, 섬유·부직포·발포체·다공질체·벌크체(치밀체)의 형태의 구조를 갖는 실드 부재를 적용할 수 있다.
링형상 실드 부재는 흡착층에 강고하게 접합되어 있는 것이 바람직하다. 연마 슬러리가 링형상 실드 부재와 흡착층의 계면에 침입하면, 실드 부재의 박리가 생길 우려가 있기 때문이다. 따라서, 연마층과 기재의 접합이나 기재와 흡착층의 접합의 경우와 마찬가지로, 접착제나 점착재 등으로 실드 부재를 흡착층에 접합하는 것이 바람직하다.
또한, 실드 부재의 표면에 흡착층과 동일한 실리콘 조성물로 이루어지는 흡착층을 형성하고, 연마 패드의 흡착층과 접합해도 된다. 본 발명에서 사용되는 실리콘 조성물은 동종의 재료 간에서는 강력한 접합력을 발휘한다. 이때, 수평방향뿐 아니라 수직방향에서도 강고하게 접합된다. 이러한 흡착층끼리의 접합이라면 연마 슬러리의 침입은 없어, 실드 부재의 박리를 방지할 수 있다.
(B) 본 발명의 연마 패드를 사용한 연마방법
다음으로, 본 발명의 연마 패드를 적용하는 연마방법에 대해서 설명한다. 본 발명의 연마방법은 종래의 흡착층을 갖는 연마 패드에 의한 것과 기본적인 공정은 공통된다. 즉, 연마 패드를 정반에 흡착 고정하고, 연마 슬러리를 공급하면서 연마 패드를 회전시키는 동시에, 연마 패드에 피연마 부재를 눌러 연마작업을 행한다. 연마 패드의 고정은 정반에 연마 패드를 올려놓고, 연마 패드를 연마층 측으로부터 정반방향으로 누름으로써 완료한다. 이때, 엄밀하게 전면을 균등한 힘으로 누를 필요도 없고, 연마층의 표면을 어루만지듯이 하여 누름으로써 흡착층의 흡착작용은 발휘할 수 있다.
본 발명의 연마방법에 있어서는, 사용하는 연마 패드의 사이즈 선정에 있어서 특색이 있다. 본 발명에서는, 정반의 지름(바깥지름)보다 큰 지름의 연마 패드가 사용된다. 본 발명의 연마 패드는 흡착층에 연마 패드 바깥둘레를 따른 링형상의 실드 부재를 접합하고 있기 때문에, 그 폭에 상당하는 길이 이상으로 정반보다도 큰 지름으로 할 필요가 있다. 연마 패드의 지름과 정반 지름의 차는 10 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하로 하는 것이 바람직하다. 전술한 실드 부재의 폭의 적합한 값(5 ㎜)을 고려하는 것이다. 또한, 연마 패드가 정반보다도 지나치게 크면, 회전 동작이 불안정해져, 연마 패드 표면에 일그러짐이나 구불구불함이 발생할 우려가 있기 때문이다.
또한, 상기와 같이, 연마 패드를 정반에 고정했을 때, 연마 패드의 링형상 실드 부재의 측면과 상기 정반의 측면이 접촉·밀착되어 있어도 되고, 간격을 떨어뜨리고 있어도 된다.
상기한 연마 패드의 선정에 유의하면서, 정반에 흡착 고정한 후에는 통상의 연마작업을 행할 수 있다. 본 발명에 있어서, 대상이 되는 피연마 부재의 재질이나 형상·치수에 제한은 전혀 없다.
연마작업 중에는 연마 슬러리를 피연마 부재와 연마 패드 사이에 공급한다. 이 연마작업 시에 공급되는 연마 슬러리의 구성(연마 지립의 재질·입경, 용매의 종류, 슬러리 농도 등)이나 첨가제(계면활성제, 증점제 등)의 유무·종류에는 제한은 없다. 단, 본 발명은 점성이 낮은 연마 슬러리를 적용하는 연마작업에 대해 특히 유용하다. 점성이 낮은 연마 슬러리는 흡착층과 정반의 접합 계면에 침입하기 쉽기 때문이다. 본 발명이 효과적인 연마 슬러리는 20℃에 있어서의 점도가 10 mPa·s 이하인 연마 슬러리이다. 또한, 3 mPa·s 이하의 연마 슬러리에도 효과적이며, 1.5 mPa·s 이하의 연마 슬러리에 대해서도 유용하다. 0.01 mPa·s의 저점도의 슬러리라도, 연마 패드의 박리가 발생하기 어려워져 있다.
피연마 부재를 순차 연마하고, 연마 패드에 소모가 보였을 때는, 교환을 행한다. 이때, 종래와 마찬가지로, 연마 패드와 위쪽으로 위치를 어긋나게 하여 계면에 에어를 넣으면 용이하게 연마 패드의 고정을 해제할 수 있다. 그리고, 동일한 구성의 새로운 연마 패드를 정반에 고정하여 연마작업을 계속한다.
본 발명의 연마 패드는 소정의 실리콘 조성물로 이루어지는 흡착층을 갖고, 이 흡착층 표면에 링형상의 실드 부재를 구비한다. 본 발명에 의하면, 흡착층과 정반 사이로의 연마 슬러리의 침입에 의한 연마 패드의 위치 어긋남이나 박리가 방지된다. 이로써 장시간의 연마작업에 있어서도, 연마 패드의 문제에 의한 중단이 없는 효율적인 작업이 가능해진다. 또한, 본 발명에 있어서는 흡착층 본래의 기능은 보장되어 있고, 연마 패드의 교환, 고정작업의 작업성도 양호하다.
도 1은 본 발명의 연마 패드의 정반으로의 고정 상태를 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 연마작업을 행하였을 때의 연마 슬러리의 거동을 설명하는 도면이다.
도 3은 링형상 실드 부재의 단면 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태에서 제조한 연마 패드의 외관과 단면 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태에서 사용한 연마장치의 개략도이다.
도 6은 흡착층을 구비하는 연마 패드의 구성을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 의해 연마작업을 행하였을 때의 연마 슬러리의 거동을 설명하는 도면이다.
도 3은 링형상 실드 부재의 단면 형상의 예를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 실시형태에서 제조한 연마 패드의 외관과 단면 구성을 설명하는 도면이다.
도 5는 본 실시형태에서 사용한 연마장치의 개략도이다.
도 6은 흡착층을 구비하는 연마 패드의 구성을 설명하는 도면이다.
아래에 본 발명의 적합한 실시형태를 설명한다. 본 실시형태에서는 종래의 흡착층을 구비하는 연마 패드에 링형상의 실드 부재를 접합한 연마 패드를 제조하여, 실리콘 웨이퍼의 연마작업을 행하였다.
도 4는 본 실시형태에서 제조한 연마 패드의 외관을 나타내는 도면이다. 본 실시형태에서 제조한 연마 패드는 원형상의 시트로, 표면에 연마층을, 이면에 흡착층을 갖는다. 연마층 및 흡착층은 기재에 의해 지지되어 있다. 그리고, 흡착층 위에는 연마 패드(흡착층)의 바깥둘레를 따른 링형상의 실드 부재를 구비한다.
여기서, 본 실시형태의 연마 패드의 각 구성 부재와 제조 공정에 대해서 설명한다. 먼저, 기재는 수지재료인 PET로 이루어지는 원형 시트(두께 50 ㎛, 바깥지름 850 ㎜)이다. 이 기재의 한쪽 면(이면)에 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘 성분을 함유하는 도공액을 도포하여 흡착층을 형성한다. 도공액은 양쪽 말단에만 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘(분자량 30,000) 100 중량부에 가교제 0.6 중량부, 백금 촉매 2 중량부를 포함하는 무용제형 실리콘액이다. 이 도공액을 기재에 도포한 후, 150∼160℃에서 100초간 소성하여 실리콘을 가교시켜서 흡착층을 형성하였다. 가교 후의 흡착층의 두께는 30 ㎛였다.
기재의 다른 쪽 면에 형성되는 연마층은 스웨이드조 범용 타입의 에스테르계 연마포(모델 7355－000FE)로, 내프 길이 450 ㎛의 원형의 연마포(두께 1.37 ㎜)이다. 본 실시형태에서는, 상기에서 흡착층을 형성한 기재의 다른 쪽 면에 연마층을 아크릴계 접착제로 접착하였다.
그리고, 링형상의 실드 부재는 재질이 셀룰로오스계 부직포(수흡수율 30%)로 이루어진다. 실드 부재의 치수는 바깥지름 850 ㎜이고 안지름 800 ㎜(폭 25 ㎜)이며, 두께가 10 ㎜이다. 또한, 본 실시형태에 있어서의 연마 패드의 지름과, 링형상 실드 부재의 안지름에 대해서는, 후술하는 연마시험에서 사용하는 연마장치의 정반의 바깥지름 치수를 고려하여 설정되어 있다. 즉, 정반의 바깥지름 800 ㎜에 대해, 이보다 50 ㎜ 큰 지름이 되는 연마 패드를 설정하는 동시에, 링형상 실드 부재의 안지름은 정반의 바깥지름과 대략 동일하게 설정하였다. 그리고, 본 실시형태에서는, 이 링형상 실드 부재를 아크릴계 접착제로 흡착층에 접착하였다. 이로써, 본 실시형태의 연마 패드로 하였다.
다음으로, 본 실시형태의 연마 패드를 사용하여 연마시험을 행하였다. 이 연마시험은 도 5에 나타내는 연마장치의 정반(바깥지름 800 ㎜, SUS 제조)에 본 실시형태의 연마 패드를 장착하고, 피연마 부재로서 실리콘 웨이퍼(φ8인치)를 연마하였다. 연마 패드의 장착 시에는 링형상의 실드 부재를 정반에 끼워넣고 연마층 위쪽에서 가압하였다. 그리고, 피연마 부재인 실리콘 웨이퍼를 연마층 상에서 누르면서 회전시키고, 동시에 연마 슬러리를 연마층에 적하(유량 150 ㎖／min)해서 연마작업을 행하였다.
연마 슬러리는 연마 입자로서 콜로이달 실리카를 포함하는 시판의 연마제(상품명 Glanzox, 주식회사 후지미 인코포레이티드 제조)를 순수와 계면활성제로 희석한 것을 사용하였다(연마제：순수：계면활성제＝70：25：5). 이 연마 슬러리는 점도 0.7 mPa·s였다.
그밖의 연마 조건은 아래와 같이 하였다.
·연마 압력：0.163 kgf／㎠
·연마 패드의 회전 속도：45 rpm
·피연마 부재의 회전 속도：47 rpm
·헤드의 요동 속도：250 ㎜／min
·연마 시간：60 min, 480 min
상기 각 건간 시간에서의 연마작업 후, 연마 패드와 정반의 밀착 상태를 육안으로 확인하고, 연마 패드의 위치 어긋남이나 박리 유무를 검토하였다. 그 결과, 60 min의 단시간에서의 연마에서도 480 min의 장시간의 연마에서도 연마 패드의 위치 어긋남이나 박리는 관찰되지 않았다. 또한, 연마작업 후의 웨이퍼를 순수로 세정하여 건조시킨 후, 피연마면을 관찰한 바 현저한 흠집은 전혀 관찰되지 않았다.
비교예：본 실시형태의 연마 패드와 비교하기 위해, 흡착층을 구비하는 종래의 연마 패드(도 6)를 사용하여 연마시험을 행하였다. 이 비교예의 연마 패드는 기본적으로는 본 실시형태의 연마 패드와 동일한 구성이며, 기재의 각 면에 연마층과 흡착층을 구비한다. 연마층 및 흡착층의 구성재료와 제조 공정은 본 실시형태의 연마 패드와 동일하다. 단, 흡착층에 링형상의 실드 부재는 접합되어 있지 않다. 또한, 비교예의 연마 패드는 그 바깥지름과 정반의 바깥지름이 대략 동일하게 되어 있다.
비교예의 연마 패드를 실시형태와 동일하게 정반에 흡착 고정하고, 상기와 동일한 연마 조건에서 연마한 바, 60 min의 단시간에서의 연마에서는 연마 패드의 위치 어긋남·박리는 관찰되지 않았다. 그러나, 480 min의 장시간 연마를 행한 바, 250 min를 경과한 부근에서 연마 패드의 위치 어긋남이 발생하기 시작하여 박리의 문제가 발생하였다. 따라서, 본 발명에 있어서의 흡착층 상의 링형상 실드 부재의 효과가 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 연마 패드는 장시간의 연마작업에 있어서도 정반으로부터의 위치 어긋남이나 박리 없이 고정 상태를 유지할 수 있다. 본 발명에 의하면, 흡착층이 갖는 편리성은 그대로, 안정한 연마작업이 가능하다. 본 발명은 대경화(大徑化), 대면적화가 진행되는 웨이퍼나 디스플레이 패널에 대해서도 고정밀도의 연마면을 형성할 수 있다.
Claims (5)
- 기재와, 상기 기재의 한쪽 면에 형성된 흡착층과, 상기 기재의 다른 쪽 면에 형성된 연마층으로 구성되고,
연마작업 시, 정반에 상기 흡착층을 흡착·고정하고, 연마 슬러리를 상기 연마층 상에 공급하여 사용되는 연마 패드에 있어서,
상기 흡착층은 양쪽 말단에만 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 양쪽 말단 및 측쇄에 비닐기를 갖는 직쇄상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 말단에만 비닐기를 갖는 분지상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘, 및 말단 및 측쇄에 비닐기를 갖는 분지상 폴리오르가노실록산으로 이루어지는 실리콘으로부터 선택되는 1종 이상의 실리콘을 가교시켜서 이루어지는 조성물로부터 이루어지고,
상기 연마 패드는 상기 정반에 대해 큰 지름이며,
상기 연마 패드에는 상기 정반보다 폭이 넓어진 부분의 흡착층 위에, 상기 흡착층과 상기 정반의 계면으로의 상기 연마 슬러리의 침입을 억제하기 위해, 연마 패드의 바깥둘레를 따른 높이를 갖는 링형상의 실드 부재를 구비하고,
상기 링형상의 실드 부재는 섬유, 고무, 비닐계 수지, 스티렌계 수지, 폴리카보네이트, 불소 수지, 폴리우레탄 중 어느 하나의 재료로 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 패드. - 제1항에 있어서,
실드 부재의 단면 형상은 직사각형, 또는 하단부의 한쪽 또는 양쪽이 모따기된 직사각형인 연마 패드. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
실드 부재는 폭 5 ㎜ 이상이고, 두께는 10 ㎜ 이상 50 ㎜ 이하인 연마 패드. - 삭제
- 제1항 또는 제2항에 기재된 연마 패드를 사용하여 연마작업을 행하는 연마방법으로서,
상기 정반의 지름보다 큰 지름의 연마 패드로, 흡착층 상에 링형상의 실드 부재를 구비하는 연마 패드를 사용하며,
상기 연마 패드를 상기 정반에 흡착 고정하고,
연마 패드의 연마층에 연마 슬러리를 공급하여 연마작업을 행하는 연마방법.
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