KR20020094923A - 미세기공 함유 연마패드 및 그 제조방법 - Google Patents

미세기공 함유 연마패드 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20020094923A
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동성에이앤티 주식회사
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Abstract

본 발명은 개선된 미세기공 함유 연마패드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 종래에 비중이 매트릭스에 비해 현저히 작은 유기 고분자 중공구체를 사용함으로 인해 야기되는 밀도 및 경도의 불균일성을, 비중이 비교적 높은 무기분체가 코팅된 중공구체를 사용함으로서 매트릭스 수지 및 경화제와의 비중편차를 최소화시켜 미세기공을 균일하게 분포시켜 연마패드의 밀도 및 경도균일성을 높이고, 무기분체가 연마제 기능을 수행함으로써 연마슬러리 사용량을 절감하고 연마효과를 높일 수 있는 미세기공 함유 연마패드를 제공할 수 있다.
또한 연마공정시 연마슬러리의 유동 및 분포효과를 높이기 위하여 주요 유동 통로로서 슬러리의 유출을 방지하고 분포시키는 마크로 그루브와 슬러리의 지속적인 유동 및 분포효과를 높히는 마이크로 그루브로 구성되도록하여 연마효율을 상승시키는 그루브 형상을 제공한다.

Description

미세기공 함유 연마패드 및 그 제조방법{Polishing pad and forming methode of the same}
본 발명은 미세기공 함유 연마패드 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히 반도체 웨이퍼의 화학적·기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하 CMP라 칭함)에 의한 평탄화(Planarization) 과정에서 사용되는 연마패드로서 종래에 비해 입자가 균일하고 비중이 높은 무기분체가 코팅된 무기중공구체 및/또는 경화전에는 미발포 상태로 존재하고 경화시에 가열팽창에 의해 발포되는 유기 중공구체를 사용하여 미세기공을 형성시킨 연마패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 반도체소자가 급속히 고집적화됨에 따라 배선패턴이 치밀화되어, 패턴 형성시에 노광 기술을 개량하는 것만으로는 치밀화에 따른 패턴의 미세화를 이루는데 한계가 있다. 또한 고집적화에 의해 반도체 웨이퍼 표면의 요철이 증폭되어 배선을 치밀하게 형성하는 것이 어려워지고 있어 웨이퍼 표면을 평탄화하는 기술의 필요성이 절실히 요구되고 있다.
또한 반도체 소자의 급속한 집적화는 활성영역을 접속하는 더 작은 배선 패턴(wiring patterns) 또는 상호접속부를 필요로 하고 있어, 이들 공정에 사용되는 반도체 웨이퍼의 평탄도(flatness)에 대한 공차는 더욱더 작아지고 있다.
일반적인 반도체 웨이퍼의 CMP 장치는 연마패드가 장착된 회전 턴테이블, 웨이퍼 캐리어, 연마용 슬러리 공급장치 및 다이아몬드 드레서로 구성되어진다. 이와 같은 CMP 장치는 연마패드의 상부에 캐리어에 탑재된 반도체 웨이퍼를 위치하게 한 후, 웨이퍼 캐리어로 하중을 가하면서 턴테이블을 회전시켜줌과 동시에 연마슬러리를 연속적으로 공급하여, 연마패드와 반도체 웨이퍼의 마찰로 인한 기계적 연마와 슬러리의 화학성분으로 인한 화학적 연마를 동시에 수행하여 연마 효율을 높일 수있다.
여기서 상기 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼를 이송하는 기능을 하고, 슬러리 공급장치는 연마 슬러리를 공급하는데, 예를 들어, 산화막 CMP용 연마 슬러리는 일반적으로 콜로이드 실리카(Colloidal Silica)나 흄드 실리카(Fumed Silica) 10~20%를 수산화칼륨(KOH) 혹은 수산화암모늄 (NH4OH)에 넣어 pH 10~12 정도로 조정한 고알카리 수용액으로서 실리카 입자가 기계적인 연마작용을 돕게 되고, 고알칼리 수용액은 화학적인 연마작용을 한다. 또한 상기 다이아몬드 드레서는 계속적인 압력과 회전으로 이루어지는 연마작업 공정시 연마패드 표면의 미세기공(Micro pores)이 반도체 웨이퍼의 연마잔여물로 인해 막히게 되면, 그로 인해 기공이 슬러리액을 담아두는 기능을 잃게 되는데, 이때 연마패드의 표면을 컨디셔닝(Conditioning)하여 불균일한 마모층을 제거하여 균일한 연마표면을 공급할 수 있도록 하는 역할을 한다.
상기와 같은 CMP 장치에 사용되는 연마패드는, 부직포에 폴리우레탄을 함침시켜 제조한 다공질형 부직포타입과, 폴리우레탄 용액을 습식법(Wet Coagulation method)으로 제조한 발포 폴리우레탄으로 유도된 타입이 있는데, 이는 모두 매트릭스 자체가 내부에 기공을 가지는 구조로 되어 있어 연마과정 중에 공급되는 연마슬러리를 보유하는 역할을 한다.
상기 부직포타입으로는 일본국 특개평 2-250776호의 연마패드가 알려져 있다. 이는 폴리우레탄/DMF 용액을 부직포에 함침시킨 후, DMF 수용액에서 응고시켜 미세기공을 형성하는 방법으로 제조된 것으로, 연마시에 반도체 웨이퍼와의 접촉성과 연마슬러리의 보유성은 좋지만 표면경도가 낮기 때문에 압축변형이 쉽게 일어나 반도체웨이퍼의 평탄도를 떨어뜨리는 문제점이 있다.
또한 국제특허공개 WO 9404599호에 기재되어있는 연마패드는 폴리우레탄으로 유도된 타입으로서, 매트릭스의 주성분으로 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머와, 경화제(활성수소화합물)인 4.4-메틸렌-비스-(2- 클로로아닐린) (이하 MOCA라 칭함)을 혼합 교반한 후, 유기고분자로된 팽창된 유기 중공구체 (상품명 Expancel 551 DE (Dry Expanded))를 첨가·혼합하여 경화시킨 주형시트를 일정한 두께로 절단하여 제조되는 것으로, 표면경도가 높기 때문에 부직포 타입에 비해 압축변형이 적고 연마속도 및 평탄성도 향상되었다.
도 1은 상기 경화전 발포된 유기중공구체를 사용하여 제조된 미세기공 함유 연마패드의 단면도로서, 연마패드(10)를 이루는 중합체성 매트릭스(12)에 팽창된 유기중공구체(14)가 함침되어있다.
그러나 상기와 같은 종래 기술에 따른 폴리우레탄으로 유도된 연마패드는 다음과 같은 문제점들이 있다. 즉, 종래의 연마패드는 미리 팽창된 유기중공구체를 사용하게 되는데, 이와 같이 팽창된 유기중공구체는 비중이 작기 때문에 매트릭스 수지와 혼합하면 수지의 점도가 상당히 높아지고, 이를 경화제와 혼합할 때에는 거품이 발생하게 되어 성형물에 불균일한 기포가 잔류하게 된다. 또한 팽창한 유기중공구체는 비중이 0.042 g/㎤ 정도로서 매트릭스 수지와의 비중차가 크기 때문에 이들의 혼합물(컴파운드)은 분리되기 쉬우며, 매트릭스 수지 혹은 경화제와의 혼합작업 중에 상기 유기중공구체가 흩날려 작업환경을 열악하게 하고, 정확한 배합비율조정이 어려운 단점이 있다.
따라서, 2액 성분계 주형기로 미세기공이 형성된 우레탄을 성형하는 경우에 주형기에서 토출되는 주입액은 배합편차가 일어나기 쉽기 때문에 배치(Batch) 생산방식을 활용할 수 밖에 없어 생산성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한 상기 매트릭스 수지와 팽창된 유기중공구체와 경화제를 혼합·교반한 수지 조성액을 금형내에 주입하여 성형할 때에 수지가 경화되기 전에 팽창된 중공구체가 상부로 부상하여 성형물의 상부방향으로 편재되는 현상이 발생하게 되고, 따라서 성형물을 수평방향으로 슬라이스해서 얻은 일정두께의 연마패드는 윗면부근과 밑면부근에서 밀도차와 경도차가 발생하여 재질이 균일하지 못하여, 연마패드의 웨이퍼 로트간에 대한 연마특성에 편차가 발생되는 문제점이 있다.
또한 CMP 공정을 실시할 때, 반도체 웨이퍼와 연마패드 사이에는 연마제가 함유된 슬러리를 주입하여서 연마를 실시하게 되는데, 상기 슬러리는 고가인 연마제(abrasive) 등의 약품으로 이루어져 있는데, 외부에서 공급하는 CMP 공정의 특성상 공정에 사용되는 양보다 유실되는 양이 많고 실제적으로 이용되는 효율이 낮아 과량 공급하게 되어 제조 원가를 상승시키는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 연마패드 매트릭스내에 존재하는 중공구체의 분산상태를 균일하게 조절하여 생산성을 향상시키고, 밀도 및 경도편차를 최소화하여 연마패드의 연마특성을 안정화시킴으로서 연마패드의 로트간 연마특성 편차 발생을 방지하여 연마특성을 향상시킬 수 있는 연마패드 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
도 1은 종래기술에 따른 연마패드의 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연마패드의 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마패드의 단면도.
도 4은 본 발명에 따른 사각형 마크로 그루브가 형성된 연마패드의 평면도.
도 5은 본 발명에 따른 사각형 마크로 및 X-Y형 마이크로 그루브가 형성된 연마패드의 평면도.
도 6은 본 발명에 따른 X-Y형 마크로 및 마이크로 그루브가 형성된 연마패드의 평면도.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
10,20,30,40,50 : 연마패드 12,22,32,42 : 매트릭스
14,34 : 팽창된 유기중공구체 24,34 : 무기중공구체
42,52 : 마크로 그루브 44,54 : 마이크로 그루브
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 연마패드의 특징은, (i)유기내피의 외부에 무기분체가 코팅되어 있으며, 상기 유기내피의 내부에 중공이 형성되어있는 무기 중공구체와, (ii)상기 무기 중공구체가 함참되어있는 중합체성 매트릭스를 포함한다.
상기 유기내피는 열가소성 수지 예를 들어, 폴리비닐 알콜, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 수산화에틸셀룰로오스, 메틸셀룰로오스, 수산화프로필메틸셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 카르복시프로필셀룰로오스, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴라이트, 스틸렌, 우레탄, 이들의 유도체, 공중합체, 크래프트 중합체 또는 이들의 조합으로 이루어진 수지를 사용한다. 특히, 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 공중합체 또는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 등이 바람직하며, 상기 무기분체는 탄산칼슘, 티타늄옥사이드, 실리콘 옥사이드, 세리윰옥사이드, 알루미늄옥사이드, 바리윰 옥사이드, 세라믹 등으로 이루어져 있다.
상기 무기 중공구체는 입경이 10~150㎛ 바람직하게는 15-50㎛이며, 비중은 0.05~0.50±0.05g/cm3바람직하게는 0.10~0.40±0.05g/cm3이고, 상기 무기 중공구체는 중합체성 매트릭스 100 중량부에 대하여 0.5∼20 중량부로 함유되고, 보다 바람직하게는 입경이 상이한 2 이상의 무기 중공구체가 혼합되어 있으며, 예를 들어,입경이 10~50㎛와 60∼150㎛로 서로 다른 입경의 중공구체가 혼합되어있고, 혼합비율은 중량비를 기준으로 2-8ː2-8 정도로 할 수 있다.
상기 중합체성 매트릭스는 다양한 중합체성 물질 예를 들어, 우레탄, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리비닐 아세테이트, 플루오르화 탄화수소, 이들의 유도체, 공중합체, 그래프트 중합체 또는 이들의 혼합물 등으로 형성할 수 있다. 특히 폴리우레탄 유도체가 바람직하며, 예를들어, 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머, 우레탄 변성 에폭시수지 및 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체 또는 이들의 혼합물 등이 사용가능하고, 상기 무기 중공구체 내부에는 저비점 탄화수소 가스 예를 들어, 비점이 70~120℃인 탄화수소 가스를 포함하는 중공이 형성되어 있다.
한편, 상기 매트릭스 내에는 무기 중공구체와 함께 유기피막의 단일막으로 형성되고 그 내부에 중공이 형성된 유기 중공구체를 더 포함할 수도 있다. 이때, 상기 유기 중공구체는 경화전에 중공부의 저비점 탄화수소를 미리 발포시켜 중공부내에 탄화수소 기체가 내포된 종래의 유기중공구체(이하, 제1 유기 중공구체) 또는 경화 성형전에는 유기피막내부에 액화탄화수소가 내포되어 있다가 경화 성형시에 비로소 상기 액화탄화수소의 기화에 의해 발포됨으로써 내부에 중공이 형성되는 또 다른 유기 중공구체(이하, 제2 유기 중공구체) 또는 이들의 혼합물일 수 있다. 이외에도 필요에 따라 다른 종류의 중공구체 또는 기공형성용 미세입자를 더 포함할 수 있다.
또한 상기 중공구체가 함침된 매트릭스는 밀도가 0.5~1.0g/cm3이고, 경도는 shore D=50~70이고, 상기 매트릭스 하부에는 경도 등 물성이 상이한 하층 패드를 추가로 더 포함할 수 있으며, 예를 들어, 하층패드로는 압축율 5∼15%, 압축탄성율 55∼75%, 경도 60∼75 shore A인 부직포 또는 우레탄폼 등을 사용하는 것이 바람직하다.
또한 상기 연마패드의 연마 표면에는 연마작업중에 슬러리의 분포와 보유가 효율적으로 이루어질 수 있도록, 그루브 패턴(groove pattern)이 형성되어 있는 것이 바람직하며, 특히, X-Y축 방향성을 나타내는 X-Y 직교형 마크로 그루브(macro groove)와 상기 마크로 크루브들의 사이에 X-Y 직교형 마이크로 그루브(micro groove)를 함께 형성하거나, 사각형상 마크로 그루브를 단독으로 또는 X-Y 직교형 마이크로 그루브와 함께 형성하는 것이 바람직하다. 이때, 상기 사각형 마크로 그루브는 깊이가 0.3∼1.5㎜, 폭은 0.1∼1.0㎜, 피치 1.0∼8.0㎜로 형성하고, X-Y형 마이크로 그루브는 깊이가 0.2∼1.0㎜, 폭은 0.1∼0.5㎜, 피치 0.8∼5.0㎜로 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 연마패드는 무기 중공구체의 비중이 중합체성 매트릭스 수지의 비중과 상대적으로 차이가 적어 경화 성형과정에서 무기 중공구체가 고르게 분포된 연마패드 케이크 즉, 슬라이스 공정전의 원통형 연마패드 덩어리를 얻을 수 있는데, 이러한 연마패드 케이크는 (i)유기 내피의 외부에 무기분체가 코팅되어 있으며 상기 유기내피의 내부에는 중공(void)이 형성되어 있는 무기 중공구체와,(ii)상기 무기 중공구체가 함침되어 있는 매트릭스 케이크(matrix cake)로 구성된다.
또한 본 발명에 따른 연마패드 제조방법의 특징은, (a) 유기 내피(organic inner shell)의 외부에 무기분체가 코팅되어 있으며, 상기 유기내피의 내부에는 중공(void)이 형성되어 있는 무기 중공구체를 중합체성 매트릭스 수지와 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계와, (b) 상기 혼합물에 경화제를 첨가, 교반하는 단계와, (c) 상기 결과물을 금형에 주입하여 경화시킨 후 탈형하는 단계를 포함함에 있다. 탈형후에 얻어지는 연마패드 케이크를 슬라이스 절단하면 판상의 연마패드를 얻게 된다.
상기 경화제는 활성수소 화합물로서, 특히 폴리아민 또는 폴리올과 폴리아민의 혼합물이며, 상기 무기 중공구체는 상기 매트릭스 수지 100중량부에 대해 0.5∼20중량부로 혼합되고, 상기 경화제는 상기 중합체성 매트릭스 수지 100중량부에 대해 15-50중량부로 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 (b)단계이 혼합공정은 상기 무기 중공구체와 매트릭스 수지 혼합물로 충진된 제1탱크와, 상기 경화제가 충진된 제2탱크를 포함하는 2액 성분계 주형기를 이용하여 수행하는 것이 바람직하며, 이때 제1탱크는 60~90℃로, 제2탱크는 80~120℃로 유지하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 연마패드 및 그 제조방법에 관하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 연마패드는 중합체성 매트릭스 수지를 경화재로 경화시켜 형성된 중합체성 매트릭스의 내부에 무기분체가 코팅된 무기중공구체가 균일하게 함침되어있는 것으로서, 상기 무기중공구체와 함께 성형시 팽창된 유기중공구체 또는 팽창된 유기중공구체를 포함한다.
먼저, 본 발명에 따른 중합체성 매트릭스로는 우레탄 유도체 예를 들어, 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머가 바람직하다. 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머는 이소시아네이트와 폴리올 및 쇄연장제의 반응물로서, 이소시아네이트는 2.4-트리렌 디이소시아네이트를 주로 사용하다. 또, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위내에서 디이소시아네이트를 병용하는 것도 가능하다. 바람직한 디이소시아네이트 화합물로는 2.6-트리렌 디이소시아네이트, 4.4-디페닐메탄디이소시아네이트, 파라페닐렌 디이소시아네이트, 크실렌 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 수첨화 디페닐메탄 디이소시아네이트 등이 있다.
여기서 상기 폴리올은 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리 (옥시프로필렌)글리콜 등의 폴리에테르계 폴리올과, 폴리카보네아트계 폴리올, 폴리에스테르계 폴리올 등을 사용할 수 있다.
또한 상기 쇄연장제로서는 저분자량 폴리올을 사용하며, 예를 들면 에틸렌글리콜, 1.2-프로필렌글리콜, 1.3-프로필렌글리콜, 1.4-부탄디올, 네오펜틴글리콜, 1.5-펜탄디올, 1.6-헥산디올, 디에틸렌글리콜 등을 이용할 수 있다.
아울러 본 발명에 사용된 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머의 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)모노머 함량(low levels of free TDI)은 0.1% 이하로서 일반적으로 사용되는 우레탄 프리폴리머의 TDI 모노머 함량인 0.2∼0.5%에 비해 낮기 때문에 작업환경 개선 효과면에서 효율적이고 가사시간(pot life)이 길어 공정조건을 조절하는데 용이하며 내구성, 기계적 특성 등의 물성이 우수하다.
한편, 경화제로는 활성수소화합물을 사용할 수 있으며, 예를들어, 상온에서 고체상태인 폴리아민(MOCA)을 단독으로 사용하거나 혹은 고체상태인 폴리아민과 액체상태인 폴리올을 혼합한 혼합물이 사용가능하다. 특히, 3.3-디클로로 4.4-디아미노 디페닐메탄, 클로로아닐린 변성-클로로디아미노페닐메탄, 3.5-비스(메틸티오)2.4-톨루엔 디아민, 3.5-(메틸티오)2.6-톨루엔디아민, 아미노 에틸 피페라진, 메타 크실렌 디아민 등의 디아민류가 바람직하다.
이러한 디아민류는 단독으로도 사용이 가능하며, 필요에 따라서 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜 등의 폴리에테르 폴리올, 폴리카보네이트 폴리올, 폴리에스테르 폴리올 등과 병용하는 것도 가능하다. 상기 아민과 병용되는 폴리올은 분자량이 낮은 것으로서 특히, 중량평균 분자량 500~3,000 범위에 있는 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜 혹은 폴리카보네이트글리콜 등이 바람직하다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 연마패드의 단면도로서, 중합체성 매트릭스(22) 내부에는 무기중공구체(24)가 균일하게 함침된 연마패드(20)를 도시한다. 상기의 무기중공구체(24)는 내부에 중공부를 가지는 유기 중공구체의 외벽에 무기분체가 코팅되어있는 구조로서, 상기
상기 유기 중공구체는 열가소성 수지로서, 아크릴로니트릴 공중합체나 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 공중합체 또는 스티렌-이크릴로니트릴 공중합체이고, 상기 중공부에는 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄 등의 저비점(low boiling temperature)탄화수소 가스가 내포되어 있으며, 무기분체는 티타늄옥사이드(TiO2), 탄산칼슘 (CaCO3), 실리콘 옥사이드, 세리윰옥사이드, 알루미늄 옥사이드, 바리윰 옥사이드, 세라믹, 탈크(TALC) 등을 주성분으로 하며, 상기 무기중공구체의 입경은 10~150㎛인 것이 바람직하며, 입경 10-50㎛인 것과 입경 60-150㎛인 것을 2~8 : 8~2의 비율로 혼합사용할 수도 있다.
또, 상기 무기중공구체(24)의 비중은 0.05~0.50±0.05g/㎤ 로서, 통상은 0.1~0.50±0.05g/㎤ 이며, 종래의 경화전 팽창형 유기 중공구체 즉, 제1 유기 중공구체에 해당되는 Expancel 551DE(상품명, 로델사)의 비중 0.04±0.04 g/㎤ 보다 현저히 크기 때문에 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머나 우레탄 변성 에폭시 등의 매트릭스 수지와 혼합했을 때, 혼합물의 비중편차에 의한 분리현상을 억제하고 입자가 흩날리는 문제를 해결할 수 있다. 또한 중공구체의 바깥부분이 나노미터 단위의 무기분체가 코팅되어 있어, 이들이 연마공정에 참여하여 연마기능을 수행하므로, 연마제의 사용량이 감소되고, 연마속도가 향상되며 공정비용을 절감할 수 있다. 무기 중공구체는 매트릭스 수지 100 중량부에 대해서 0.5~20 중량부, 바람직하게는 1.0~10 중량부로 포함되는 것이 좋다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 연마패드의 단면도로서, 매트릭스(32)의 내부에 무기중공구체(34)와 경화전 미발포형 유기중공구체(36) 즉, 제2 유기중공구체가 균일하게 함침된 연마패드를 도시한다.
상기 제2 유기중공구체(36)는 열가소성수지로 이루어진 유기피막 내부에 이소부탄, 펜탄, 이소펜탄 등의 저비점 탄화수소 가스가 내포된 구조를 갖는다. 상기 열가소성 수지는 아크릴로니트릴 공중합체나 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 공중합체 또는 스티렌-이크릴로니트릴 공중합체 등이 사용될 수 있으며, 상기 열가소성수지의 연화온도는 내부 탄화수소의 비점보다 고온인 것이 바람직하다. 따라서, 매트릭스 수지와 제2 유기 중공구체를 2액 성분 주형기로 혼합하여 경화 성형하는 단계에서 열가소성수지의 연화온도 이상의 열을 가하게 되면, 열가소성수지가 연화됨과 동시에 내포된 저비점 탄화수소의 체적팽창이 동시에 일어나 유기중공구체가 팽창하게 되고, 내부에 탄화수소가스가 내포된 중공부가 형성된다.
이때 열가소성 수지의 연화온도는 70~120℃, 특히 80~110℃ 범위의 온도가 바람직하다. 또한 미발포된 상태에서 상기 유기중공구체의 입경은 5~30㎛ 바람직하게는 8~15㎛ 이며, 팽창후의 입자입경은 10~70㎛이고 바람직하게는 20~50㎛이다.
미발포 상태의 상기 제2 유기중공구체의 비중은 1.0~1.1로서, 이는 매트릭스 수지 예를 들어, 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머의 비중과 유사하므로 교반 혼합시 분리되지 않고 균일한 분산상태를 유지할 수 있고 성형후 얻어지는 연마패드 케이크내에서 중공구체의 분산도가 일정하여 슬라이스후에 얻어지는 원판형 연마패드 또한 균일한 물성을 갖게 된다.
경화전 미발포 상태의 제2 유기 중공구체는 주로 매트릭스 수지와 경화제를 혼합·교반한 후 경화하는 과정에서 방출되어지는 반응열에 의해 팽창된다. 따라서, 2액 반응 경화과정에서 경화온도는 유기중공구체가 팽창가능한 온도범위로 조정되어야 하며 예를 들어 유기중공구체의 팽창 개시온도는 60~120℃의 범위이고,최적 팽창온도는 90~130℃인 경우, 경화온도는 90~130℃ 정도로 유지하거나, 더욱 바람직하게는 경화온도를 100~120℃의 범위로 하는 것이 보다 균일한 미세기공 분포를 가지는 매트릭스를 얻을 수 있다.
아울러 팽창효율을 향상시키기 위하여 경화반응전에 미리 가열팽창 개시온도 부근인 70~90℃에서 일정부분 팽창시킨 후 경화반응을 진행할 수도 있다.
또, 추가로 경화전에 미리 발포된 제1 유기 중공구체도 첨가가능한데, 이때 제1 및 제2 유기 중공구체의 첨가량은 이들을 매트릭스 수지 또는 경화제에 첨가했을 때 이들의 혼합액이 유동성을 잃지 않는 범위에서 적절하게 조절된다. 예를 들어, 2액 성분 주형기를 사용하는 경우, 무기 중공구체, 제1 및 제2 유기 중공구체는 제1 탱크내에서 매트릭스 수지와 1차 혼합된 후 금형에 주입되는 단계에서 제2 탱크내의 경화제와 2차 혼합, 교반되는데, 이때, 제1 및 제2 유기 중공구체의 첨가량은 1차 혼합된 혼합 조성물이 유동성을 잃지 않는 범위내에서 적절히 조절될 수 있다. 또, 제1 및 제2 유기 중공구체가 경화제와 1차 혼합된후 금형주입시에 매트릭스 수지와 2차 혼합, 교반되는 경우에도 동일하다.
상기 무기중공구체, 제1 및 제2 유기 중공구체의 총 첨가량은 0.5~20 바람직하게는 1.0~10 중량부의 범위에 있는 것이 좋다. 이 범위에서 사용하면 비교적 저점도 영역에서 취급할 수 있고, 아울러 미세기공을 치밀하게 함유하는 연마패드를 얻을 수 있다.
이하에서는 2액 성분 주형기를 사용하여 본 발명에 따른 연마패드를 제조하는 방법에 대해 설명한다.
먼저, 2액 성분 주형기의 제1 탱크에 폴리우렌탄 유도체 등의 매트릭스 수지와 무기 중공구체의 혼합물을 주성분으로 하는 제1액을 저장하고, 선택적으로 제1 또는 제2 유기 중공구체를 추가로 첨가한다. 또, 제2 탱크에 경화제를 주성분으로 하는 제2액을 준비한 후, 이들을 적정비율로 금형내에 주입하여 혼합, 교반 후 경화반응을 진행한다. 이때, 제1액 또는 제2액에는 필요에 따라 다양한 첨가제를 추가할 수 있다.
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머를 매트릭스 수지로 사용하고, 디아민을 경화제를 사용하는 경우, 매트릭스 수지와 경화제의 2액 배합비율은 이소시아네이트기와 아민기의 몰비를 기준으로 결정한다. 바람직하게는 상기 2액의 혼합비가 NH2/NCO=0.7~1.2 범위가 되도록 하며, 더욱 바람직하게는 NH2/NCO가 0.8~1.0의 범위에 있는 것이 좋다.
또한 경화제로 활성수소 화합물인 디아민과 폴리올의 혼합물을 사용하는 경우에는 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머의 이소시아네이트기와 경화제 중에 디아민류의 아민기 몰비 NH2/NCO를 조절하여 형성한다.
2액 성분 주형기에서 경화반응을 행할 때의 매트릭스 수지 및 경화제는 2액 성분 주형기를 순환하는데 지장을 주지 않는 온도로 유지되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 제1탱크내의 매트릭스 수지는 60~100℃ 보다 바람직하게는 70~90℃의 온도로 유지하고, 제2 탱크내의 경화제는 성분에 따라 적정온도가 달라지는데, 통상 60-130℃ 로 유지하며, 구체적으로는 예를 들어, 디아민류이면서 상온고체의 3.3-디클로로 4.4- 디아미노 페닐메탄을 사용하는 경우에는 100~120℃의 온도로 유지하고, 상온 액상의 디아민류 또는 이들과 폴리올의 혼합물을 사용하는 경우에는 60~100℃의 온도로 유지하는 것이 바람직하다.
또, 미발포형 유기중공구체 즉 제2 유기중공구체가 함께 사용되는 경우에는 이를 포함하는 탱크는 제2 유기중공구체의 팽창 개시온도보다 낮은 온도로 설정하여야 한다.
이와 같이 소정온도에서 2액 성분계 주형기에 보관된 조성물은 주형기의 머리(Head) 부분으로부터 토출되어 금형 내에 주입되어 성형된다. 이때 제2 유기중공구체는 주로 경화반응 시에 방출되어진 반응열에 의해 팽창하지만, 외부로부터의 가열에 의해서도 팽창한다. 여기서 금형온도가 80℃ 미만인 저온의 경우 금형에 접촉하고 있는 부분의 수지는 외부로 열을 빼앗기기 때문에 발포얼룩이 발생하며, 금형온도가 120℃를 넘는 경우에는 금형에 접촉하고 있는 부분에서의 중공구체의 팽창이 너무 빠르기 때문에 또한 발포얼룩이 발생한다. 따라서 경화 성형시의 금형온도는 60~120℃의 범위로 유지되는 것이 바람직하며, 이상적으로는 2액 혼합액의 발열거동에 따라 90~110℃로 금형온도를 유지하는 것이 바람직하다.
이때, 제2 유기중공구체는 2액반응 경화과정에서의 반응열 및 외부 가열에 의해서 발포함에 따라 비중이 변화하지만, 유기 중공구체는 주위의 점도가 증가하는 계에 있어 그 비중변화가 서서히 일어나기 때문에 성형물내에서 중공구체의 편재가 일어나지 않아, 성형물내에서의 기공의 분산상태가 균일하다. 따라서, 탈형후의 연마패드 케이크를 수평방향으로 슬라이스 해 얇은 판상의 연마패드를 제조하는경우, 어떤 부분에서 잘라내어도 밀도차 및 경도차가 없는 균일한 연마패드를 얻을 수 있다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 슬라이스 되어진 얇은 판상 연마패드 표면에는 슬러리의 효율적 보유와 균일분포를 위해 소정형상의 홈(groove pattern)을 형성하는 것이 바람직하며, 피연마막의 특성을 고려하여 연마패드 이면에 부직포 등의 유연성 다공질 시트를 접착하여 할 수도 있다. 또한 금형을 판형으로 형성하여 성형 후 슬라이스 작업없이 바로 최종 판상형태의 연마패드를 얻을 수도 있다.
본 발명에 따른 중공구체 함유 연마패드는 0.5~1.0g/㎤, 보다 바람직하게는 0.7~0.9g/㎤ 의 밀도를 갖는 것이 바람직하며, 경도는 매트릭스 수지, 경화제 또는 중공구체 등의 종류 및 첨가량에 따라 변하지만 일반적으로 shore D=50~70의 범위가 좋고 특히 shore D=52~65의 범위가 바람직하다. 상기 연마공정에서 웨이퍼의 연마효율, 표면특성 및 평탄성 등의 연마 특성은 연마패드의 경도에 따라 크게 영향을 받는데, 패드의 경도가 크면 연마효율은 증가하나 표면상태 및 평탄도는 저하되고, 경도가 낮으면 표면 상태와 평탄도는 증가하나 연마효율이 떨어진다. 따라서 이러한 연마패드의 경도에 따른 특징을 이용하여, 경도가 높은 연마패드 상층부를 본 발명에 따라 제조하고, 상기 상층부 패드의 하부에 상기 상부 패드를 지지하고, 완충역할을 하는 하부패드를 부착하여 사용할 수도 있으며, 상기 하부패드는 부직포 또는 폴리우레탄폼 등이 있으며, 바람직하게는 압축율 5∼15%, 압축탄성율 55∼75%, 경도 60∼75 shore A인 부직포를 사용할 수 있다.
또한 연마효율 및 평탄도는 연마패드의 물질특성 뿐만 아니라 패드의 표면 형상에도 영향을 받는데, 본 발명에 따른 연마패드는 슬라이싱 후에 연마면에 그루브를 형성하여 슬러리 보유 및 분포상태를 향상시키고 연마효율을 높일 수 있다. 그루브의 형상은 도 4에 도시되어있는 바와 같이, 연마패드(40)의 연마면에 중심에서부터 일정 간격으로 커지는 사각 형상으로 형성된 마크로 그루브(42)를 구비하거나, 도 5에 도시되어있는 바와 같이, 상기 마크로 그루브(42)들의 사이에 X-Y 방향으로 형성된 마이크로 그루브(44)를 형성할 수도 있고, 다른 형상으로서 도 6에 도시되어있는 바와 같이, 연마패드(50)의 연마면에 중심에서부터 일정 간격으로 커지는 X-Y 방향으로 연장된 홈들이 직교하도록 형성된 마크로 그루브(52)와, 상기 마크로 그루브(52)들의 사이에 X-Y 방향으로 형성된 마이크로 그루브(54)가 함께 구비된 형상을 채택할 수도 있다.
이와 같이, 마크로 및 마이크로 그루브를 가지는 연마패드는 웨이퍼 연마 공정시 연마패드의 상부면에 공급되는 슬러리가 회전력에 의해 가장자리로 흐를 때 상기 마크로 그루브가 주 유동 통로가 되고, 마이크로 그루브가 부 통로가 되어 연마패드의 전표면에 골고루 슬러리를 유동 및 분포시켜주어 슬러리의 불균일 분포가 일어나지 않아 연마면이 불균일해지는 것을 방지하고, 슬러리의 과공급에 따른 제조 원가 상승도 방지할 수 있다.
다음에 실시예 및 비교예를 들어서 본 발명을 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이것에 한정되어지는 것은 아니다. 실시예 및 비교예의 중량부는 특별히 기술하지 않는 한 중량%를 나타낸다.
<실시예 그룹Ⅰ>
(1) 연마속도 측정방법
연마시험을 1분간 행하여 시험전후의 피연마물의 두께를 측정하되, 측정위치는 연마면내에 50개의 위치를 미리 정해둔다. 측정위치 50개의 연마시험 전후의 두께 차에 대한 평균치를 산출해 연마패드 1장의 연마속도를 계산한다.
또한 동일한 종류의 중공구체가 함유된 수지성형물을 슬라이스한 연마패드 10장의 연마속도의 평균치 A 및 분산치 B를 A±B로 표기해 연마특성과 로트간 편차를 평가한다. A는 연마속도에 관한 것으로 수치가 클수록 연마효율이 뛰어나고, B는 로트간 편차에 관한 것으로 수치가 적을수록 연마특성이 균일한 것을 나타낸다.
(2) 연마 평탄성 측정방법
연마시험을 1분간 행하여 시험전후의 피연마물의 두께를 측정한다. 측정위치는 연마면내의 50개 위치를 미리 정해둔다. 측정위치 50개의 연마시험 전·후 두께 차의 최대치(Max), 최소치(Min) 및 평균치(Ave)로 부터, 다음의 식을 이용해 연마패드 1장분의 평탄성을 산출한다.
평탄성=100X(최대치-최소치)/평균치
동일 중공구체 함유 매트릭스를 슬라이스한 연마패드 10장분의 평탄성 수치의 평균치 C 및 분산치 D를 C±D로 표기해, 연마특성과 로트간 편차를 평가한다. C는 연마특성에 관한 것으로 수치가 적을수록 연마면의 평탄성이 뛰어난 것을 나타내며, D는 로트간 편차에 관한 것으로 수치가 적을수록 연마특성이 안정함을 나타낸다.
연마 실험 방법으로는 상기 연마패드 10장을 연마장치에 장착하여 실리콘 산화막(SiO2)의 연마특성을 측정하되, 웨이퍼 하중을 5.0psi, 테이블 및 헤드(웨이퍼 케리어) 회전수를 300rpm으로서 동일방향으로 회전하고, 그 회전수 차이는 ±30% 정도이며, 연마시간 60초인 연마조건으로 연마시험을 행한다.
(3) 비교예
중합체성 매트릭스 수지로 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-A (TDI/PTMG/DEG계, 제품명 NCOeq=450) 100 중량부에 종래의 제1 유기 중공구체 (상품명 Expencel-551 DE) 2.3 중량부를 첨가 혼합한 혼합물은 70℃로, 경화제로는 MOCA 25 중량부를 120℃로 각각 2액 성분계 주형기에서 가열하였다.
그후, 이들 2액성분을 혼합한 혼합물을 성형온도 100℃의 금형에 주입 후, 오븐중에서 30분간 110℃로 가열하여 1차로 경화한다. 그후, 성형물을 탈형한 후 120℃에서 5시간 경화시킨 후, 이를 25℃까지 냉각시켜 연마패드 케이크 성형물을 얻고, 이를 1.5㎜ 두께로 슬라이스하고 다시 연삭하여 1.35㎜ 두께의 연마패드를 제작했다. 상기 연마패드 이면에 부직포를 접착시켜 적층형 패드로 제조한다. 여기서 상기 제1 유기중공구체 상품명 Expencel-551 DE 는 Akzo Nobel사 제품으로 비저점 탄화수소 가스로서 이소부탄가스를 사용하고, 비닐덴 크로라이드 아크릴로나이트릴 공중합체 제질로서, 입경이 20∼50㎛ 정도이고, 비중이 0.04±0.004g/㎤ 정도이다.
상기 방법에 따라 제조한 연마패드 10장을 상기 실험 방법으로 실험한 결과,연마속도는 1870±50/분, 평탄성은 9±2%였다.
(4) 실시예 1
중합체성 매트릭스 수지인 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-A (TDI/PTMG/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 제2 유기중공구체 (상품명 F-20D, 마츠모토유지제약) 3중량부를 첨가 혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액탱크와 B액탱크에 넣고, A액 탱크계는 70℃, B액 탱크계는 120℃로 조절한다.
그후, 믹싱헤드에서 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형하고, 오븐중에서 30분간 110℃로 가열하여 1차 경화한다. 그후 성형물을 탈형하고, 120℃에서 5시간 동안 2차경화 하고, 상기 성형물을 25℃까지 냉각한 후에 상기의 제조방법으로 연마패드를 제작하였다. 상기 제2 유기중공구체 (상품명 F-20D)는 중공부내의 저비점 가스로 이소부탄 가스를 사용하고, 중공구체를 구성하는 유기피막은 비닐덴 크로라이드 아크릴로나이트릴 공중합체 재질로서, 입경이 발포전에는 10∼15㎛ 정도이고, 발포후에는 20∼40㎛ 정도이며, 비중이 발포팽창전에는 1.0±0.1 g/㎤ 정도이다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여 연마속도는 1870±40Å/분, 평탄성은 7±2%의 결과를 얻었다.
(5) 실시예 2
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-A (TDI/PTMG/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에, 제2 유기중공구체(상품명 F-20D) 3.2 중량부를 첨가·혼합한 혼합물과경화제 에타큐아-300 (BMTTDA, 에틸코포레이션제품) 19.3 중량부 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액탱크에 넣고, A액계의 온도는 80℃로, B액계의 온도는 80℃로 조절해 믹싱 헤드로 2액혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일하게 연마패드를 제작했다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여 연마속도는 1890±50Å/분, 평탄성은 7±1%의 결과를 얻었다.
(6) 실시예 3
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-A (TDI/PTMG/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 제2 유기 중공구체(F-20D) 3.5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 BMTTDA/PTMG (Mw2,000)의 5/5 혼합물 35 중량부를 각각 엘라스토머 주형기에 채우되, A액계의 온도는 80℃, B액계의 온도는 80℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입후, 상기 비교예의 제조방법과 동일하게 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1880±50Å/분, 평탄성은 6±1%의 결과를 얻었다.
(7) 실시예 4
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-B (TDI/PTMG/PC/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 제2 유기 중공구체(F-20D) 3.5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, BMTTDA 19.3 중량부 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣고, A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일하게 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1900±30Å/분, 평탄성은 7±1%의 결과를 얻었다.
(8) 실시예 5
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-B (TDI/PTMG/PC/DEG계, NCOeq=450) 100중량부에 제2 유기 중공구체 F-20D 3.2 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 MOCA/PTMG -Mw 2,000의 5/5혼합물 38 중량부 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액탱크에 넣고, A액계는 80℃ B액계는 120℃로 조절한 다음 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일하게 연마패드를 제작했다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1890±40Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(9) 실시예 6
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-B (TDI/PTMG/PC/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 무기중공구체 (티타늄디옥사이드를 주성분으로 하는 무기분체를 코팅한 중공구체; 상품명 MFL-30STI) 5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣고, A액계의 온도는 70℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일하게 연마패드를제작하였다.
여기서 상기 무기중공구체(상품명 MFL-30STI)의 중공부에는 이소부탄 가스가 채워져 있으며, 유기내피는 비닐덴 크로라이드 아크릴로나이트릴 공중합체를 주성분으로 하고, 무기분체는 티타늄 옥사이드를 주성분으로 하며, 직경은 20㎛ 이고, 비중은 0.2±0.05g/cm3정도이다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1900±50Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(10) 실시예 7
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-B (TDI/PTMG/PC/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 무기중공구체 (탄산칼슘으로 코팅된 중공분체 : 상품명 MFL-80GCA) 5 중량부를 첨가한 컴파운드와, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 70℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일하게 연마패드를 제작하였다.
여기서 상기 무기중공구체 (상품명 MFL-80GCA)의 중공부는 이소부탄 또는 n-팬탄 가스가 채워져 있고, 유기내피는 아크릴로나이트릴 공중합체를 주성분으로 하고, 무기분체는 탄산 칼슘을 주성분으로 하며, 직경은 20㎛ 이고, 비중은 0.2±0.05g/cm3정도이다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험한 결과, 연마속도는 1890±50Å/분, 평탄성은 6±2%였다.
(11) 실시예 8
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-B (TDI/PTMG/PC/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 무기중공구체로서 MFL-30STI 3.0 중량부와 제2 유기 중공구체로서 F-20D 2.0 중량부를 첨가 혼합한 혼합물과, 경화제 BMTTDA 19.3 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 70℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일한 방법으로 일정두께의 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1830±20Å/분, 평탄성은 9±2%의 결과를 얻었다.
(12) 실시예 9
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-B (TDI/PTMG/PC/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 무기중공구체 (MFL-80GCA) 3.0 중량부와 비교예에서 사용된 제1 유기중공구체 1.5 중량부를 첨가혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 70℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일한 방법으로 일정두께의 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여,연마속도는 1910±20Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(13) 실시예 10
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머-B (TDI/PTMG/PC/DEG계, NCOeq=450) 100 중량부에 무기중공구체 (상품명:MFL-3OSTI) 3.0 중량부와 비교예에서 사용된 제1 유기 중공구체 1.5 중량부를 첨가하여 혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 70℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예와 동일한 방법으로 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1900±50Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(14) 실시예 11
우레탄 변성 에폭시(상품명 UME-305, 국도화학제) 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 3.5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 아미노에틸피페라진(상품명 kh-252, 국도화학제) 30 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예의 제조방법과 동일한 방법으로 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1890±50Å/분, 평탄성은 7±1%의 결과를 얻었다.
(15) 실시예 12
UME-305 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 3.5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 메타크실렌디아민(상품명 h-3808, 국도화학제) 30 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예와 동일한 방법으로 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1890±40Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(16) 실시예 13
UME-305 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 1.0 중량부와 무기 중공구체 (MFL-30STI) 2.0 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 아미노에틸피페라진(상품명 KH-252, 국도화학제) 30 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 상기 비교예와 동일한 방법으로 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 1900±40Å/분, 평탄성은 6±1%를 얻었다.
상기 실시예1 내지 13의 결과를 정리하면 표 1과 같다.
[표 1]
매트릭스 수지(중량%) 중공구체 (중량%) 경화제(중량%) 연마속도(Å/분) 평탄성
비교예 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-A 100 제1 유기중공구체 2.3 MOCA 25 1870±50 9±3%
실시예 1 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-A 100 제2 유기중공구체3 MOCA 25 1870±40 7±2%
실시예 2 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-A 100 제2 유기중공구체3.2 BMTTDA 19.3 1890±50 7±2%
실시예 3 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-A 100 제2 유기중공구체3.5 BMTTDA/PTMG(5/5) 35 1880±50 6±1%
실시예 4 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-B 100 제2 유기중공구체3.5 BMTTDA 19.3 1900±30 7±1%
실시예 5 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-B 100 제2 유기중공구체3.2 MOCA/PTMG (5/5) 38 1890±40 6±2%
실시예 6 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-B 100 무기중공구체 5.0 MOCA 25 1900±50 6±2%
실시예 7 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-B 100 무기중공구체 5.0 MOCA 25 1890±40 7±2%
실시예 8 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-B 100 제2 유기중공구체1.0무기중공구체 2.2 BMTTDA 19.3 1910±50 6±2%
실시예 9 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-B 100 무기중공구체 3.0제1 유기중공구체1.5 MOCA 25 1910±40 6±2%
실시예 10 이소시아네이트 말단우레탄 프리폴리머-B 100 무기중공구체 3.0제1 유기중공구체1.5 MOCA 25 1900±50 6±2%
실시예 11 우레탄변성에폭시 100 제2 유기중공구체3.5 아미노피페라진 30 1890±50 7±1%
실시예 12 우레탄변성에폭시 100 제2 유기중공구체3.5 메타크실렌디아민 30 1890±40 6±2%
실시예 13 우레탄변성에폭시 100 제2 유기중공구체1.0무기중공구체 2.0 아미노에틸피페라진 30 1900±40 6±1%
상기 표 1 에서 확인되는 바와 같이, 제1 유기중공구체가 사용된 비교예와, 무기 중공구체 및/또는 제2 유기중공구체가 사용된 실시예들의 평탄성을 비교해 보면 비교예의 평탄성 9±2%에 비해 상기 실시예들의 평탄성 수치가 낮아 평탄성이 뛰어나며, 연마특성이 안정된 것을 알 수 있다.
<실시예 그룹Ⅱ>
(1) 연마속도 및 평탄성 측정방법
그룹 Ⅰ의 방법과 동일하나 측정위치를 49개로 하였고, 연마패드 10장으로 실험하여 측정하되, 테이블 및 헤드 회전수를 30rpm으로 하였다. 이는 보다 실제의 CMP 공정에 부합되는 조건으로 연마 조건을 선택하여 실제 공정상에서 발명효과를 측정하기 위한 것이다.
또한 연마패드의 이면에는 부직포가 부착된 동시에, 연마패드 표면에는 X-Y축 방향성을 가지는 X-Y 직교형 마크로(macro) 그루브를 깊이 0.7㎜, 폭은 0.65㎜, 피치 6.35㎜로 형성하였다
(2) 비교예
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(상품명 : Adiprene L-325, TDI/PTMG/DEG계, NCO content 9.0∼9.3%) 100 중량부에 제1 유기중공구체(상품명 : Expencel-551 DE) 2.3 중량부를 첨가 혼합한 혼합물은 70℃로, 경화제 MOCA 25 중량부는 120℃로 각각 가열하였다. 이들 2액 성분을 혼합한 혼합물을 성형온도 100℃의 금형에 주입 후 오븐중에서 30분간 110℃로 가열하여 1차로 경화하였다.성형물을 탈형한 후 120℃에서 5시간 경화한 다음 성형물을 25℃까지 냉각시킨 후에 1.3㎜ 두께로 슬라이스하고, 연마면에 마크로 그루브를 형성하여 연마패드를 제작했다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2870±50Å/분, 평탄성은 7±3%의 결과를 얻었다.
(3) 실시예 14
매트릭스 수지 Adiprene L-325 100 중량부에 제2 유기중공구체 (상품명 F-20D, 마츠모토유지제약) 3 중량부를 첨가 혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크와 B액 탱크에 넣는다. A액 탱크계는 70℃, B액 탱크계는 120℃로 조절한 다음 믹싱헤드로서 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2870±40Å/분, 평탄성은 5±2%의 결과를 얻었다.
(4) 실시예 15
Adiprene L-325 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 3.2 중량부를 첨가혼합한 혼합물과 경화제 에타큐아-300(BMTTDA, 에틸코포레이션제품) 19.3 중량부 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃ B액계의 온도는 80℃로 조절해 믹싱 헤드로 2액혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2890±50Å/분, 평탄성은 7±1%의 결과를 얻었다.
(5) 실시예 16
Adiprene L-325 100 중량부에 제2 유기 중공구체 F-20D 3.5 중량부를 첨가혼합한 혼합물과, 경화제 BMTTDA/PTMG-Mw2,000 5/5 혼합물 35 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액계의 온도는 80℃, B액계의 온도는 80℃로 조절하고, 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2880±50Å/분, 평탄성은 6±1%의 결과를 얻었다.
(6) 실시예 17
Adiprene L-325 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 3.5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 BMTTDA 19.3중량부 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣고, A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고, 믹싱헤드로 2액혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2900±30Å/분, 평탄성은 6±1%의 결과를 얻었다.
(7) 실시예 18
Adiprene L-325 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 3.2 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 MOCA/PTMG-Mw 2,000의 5/5혼합물 38 중량부 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액탱크에 넣고, A액계는 80℃ B액계는 120℃로 조절한 다음 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2890±40Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(8) 실시예 19
Adiprene L-325 100 중량부에 티타늄디옥사이드를 주성분으로 하는 무기분체가 코팅된 무기 중공구체 (상품명 MFL-30STI, 입경 20㎛, 비중 0.2±0.05) 5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣고, A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고, 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2900±50Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(9) 실시예 20
Adiprene L-325 100 중량부에 탄산칼슘을 주성분으로 하는 무기분체가 코팅된 무기 중공구체 (상품명 MFL-80GCA, 입경 20㎛, 비중 0.2±0.05) 5 중량부를 첨가한 컴파운드와, 경화제 MOCA 25중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣고, A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2890±50Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(10) 실시예 21
Adiprene L-325 100 중량부에 무기 중공구체 MFL-30STI 3.0 중량부와 제2 유기중공구체 F-20D 2.0 중량부를 첨가혼합한 혼합물과, 경화제 BMTTDA 19.3 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣고, A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2860±20Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(11) 실시예 22
Adiprene L-325 100 중량부에 무기 중공구체(MFL-80GCA) 3.0 중량부와 제1 유기중공구체(Expancel 551-DE) 1.5 중량부를 첨가혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2890±20Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(12) 실시예 23
Adiprene L-325 100 중량부에 무기 중공구체 MFL-3OSTI 3.0 중량부와 제1 유기중공구체 1.5 중량부를 첨가하여 혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 25 중량부를 각각을 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2900±50Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(13) 실시예 24
우레탄 변성 에폭시(상품명 UME-305, 국도화학제) 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 3.5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 아미노에틸피페라진(상품명 KH-252,국도화학제) 30 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2890±50Å/분, 평탄성은 7±1%의 결과를 얻었다.
(14) 실시예 25
UME-305 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 3.5 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 경화제 메타크실렌디아민(상품명 KH-3808, 국도화학제) 30 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2890±40Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(15) 실시예 26
UME-305 100 중량부에 제2 유기중공구체 F-20D 1.0 중량부와 무기 중공구체 MFL-30STI 2.0 중량부를 첨가혼합한 컴파운드와, 활성수소화합물로는 아미노에틸피페라진(상품명 KH-252) 30 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 80℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2900±40Å/분, 평탄성은 6±1%의 결과를 얻었다.
(16) 실시예 27
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(상품명LF-601D, NCO content 7.3%)100 중량부에 무기 중공구체 MFL-80GCA 3.0 중량부와 제1 유기중공구체 1.5 중량부를 첨가혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 20 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2890±20Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(17) 실시예 28
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(상품명LF-650D, NCO content 7.6%) 100 중량부에 무기 중공구체 (상품명MFL-100CA) 2.5 중량부와 혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 22 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 무기 중공구체(MFL-100CA)은 중공부에 이소펜탄 가스가 채워져 있고, 유기내피는 아크릴로나이트릴 공중합체를 주성분으로 하며, 무기분체는 탄산칼슘을 주성분으로 하고, 입경은 약 100㎛이고, 비중은 약 0.13±0.03 g/㎤ 정도이다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2910±30Å/분, 평탄성은 6±1%의 결과를 얻었다.
(18) 실시예 29
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(상품명LF-650D, NCO content 7.6%) 100 중량부에 무기 중공구체 MFL-100CA 1.0 중량부와 또 다른 종류의 무기 중공구체 MFL-80GCA 3중량부를 혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA/PTMG-2000 5/5 혼합물 43.6중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 70℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2910±30Å/분, 평탄성은 6±1%의 결과를 얻었다.
(19) 실시예 30
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(LF-601D/L-325=5/5 혼합물) 100 중량부에 무기 중공구체 MFL-100CA 2.0 중량부와 MFL-80GCA 3 중량부를 혼합한 혼합물과, 경화제 MOCA 22.5 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2910±30Å/분, 평탄성은 5±1%의 결과를 얻었다.
(20) 실시예 31
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(LF-601D/L-325=5/5 혼합물) 100 중량부에 무기 중공구체 MFL-80GCA 3.0 중량부와 제1 유기중공구체 Expancel 551-DE1.5 중량부를 첨가혼합한 혼합물과, 활성수소화합물로는 MOCA 22.5중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2880±30Å/분, 평탄성은 6±2%의 결과를 얻었다.
(21) 실시예 32
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(LF-700D NCO content 8.3%) 100 중량부에 무기 중공구체 MFL-100CA 2.0 중량부와 MFL-80GCA 3 중량부를 혼합한 혼합물과, MOCA 23.8 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 마크로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 2900±30Å/분, 평탄성은 5±2%의 결과를 얻었다.
(22) 실시예 33
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머(상품명LF-601D, NCO content 7.3%) 100 중량부에 무기 중공구체 MFL-80GCA 3.5 중량부와 제2 유기중공구체 F-20D 0.5중량부를 첨가혼합한 혼합물과, MOCA 20 중량부를 각각 엘라스토머 주형기의 A액 탱크 및 B액 탱크에 넣는다. A액계의 온도는 80℃, B액계는 120℃로 조절하고 믹싱헤드로 2액 혼합한 수지를 성형온도 100℃의 금형에 주입하여 성형한 후, 비교예의 방법으로 그루브를 가지는 연마패드를 제작하되, X-Y 축 방향성을 가지는 마크로(macro) 그루브를 깊이 0.7㎜, 폭은 0.65㎜, 피치 6.35㎜로 형성하고, 상기 마크로 그루브 사이에 X-Y 축 방향성을 가지는 세선의 마이크로(micro) 그루브를 깊이 0.35㎜, 폭은 0.25㎜, 피치 2.1㎜ 크기로 형성하였다.
상기 방법에 의해 제조한 연마패드 10장을 상기의 실험 조건에서 실험하여, 연마속도는 3100±30Å/분, 평탄성은 4±1%의 결과를 얻었다.
상기 실시예14 내지 33의 결과를 정리하면 표 2와 같다.
[표 2]
주제 중량% 중공구체 중량% 경화제 중량% 연마속도 Å/분 평탄성
비교예 L-325 100 Expancel 2.3 MOCA 25 2870±50 7±3%
실시예 14 L-325 100 F-20D 3 MOCA 25 2870±40 5±2%
실시예 15 L-325 100 F-20D 3.2 BMTTDA 19.3 2890±50 7±1%
실시예 16 L-325 100 F-20D 3.5 BMTTDA/PTMG(5/5) 35 2880±50 6±1%
실시예 17 L-325 100 F-20D 3.5 BMTTDA 19.3 2900±30 7±1%
실시예 18 L-325 100 F-20D 3.2 MOCA/PTMG (5/5) 38 2890±40 6±2%
실시예 19 L-325 100 MFL-30STI 5.0 MOCA 25 2900±50 6±2%
실시예 20 L-325 100 MFL-80GCA 5.0 MOCA 25 2890±40 7±2%
실시예 21 L-325 100 MFL-30STI 3.0F-20D 2.0 BMTTDA 19.3 2910±50 6±2%
실시예 22 L-325 100 MFL-80GCA 3.0Expancel 1.5 MOCA 25 2910±40 6±2%
실시예 23 L-325 100 MFL-30STI 3.0Expancel 1.5 MOCA 25 2900±50 6±2%
실시예 24 UME-305 100 F-20D 3.5 KH-252 30 2890±50 7±1%
실시예 25 UME-305 100 F-20D 3.5 KH-3808 30 2890±40 6±2%
실시예 26 UME-305 100 F-20D 1.0MFL-30STI 2.0 KH-252 30 2900±40 6±1%
실시예 27 LF-601D 100 MFL-80GCA 3.0Expancel 1.5 MOCA 20 2890±20 6±2%
실시예 28 LF-650D 100 MFL-100CA 2.5 MOCA 22 2910±30 6±1%
실시예 29 LF-650D 100 MFL-100CA 1.0MFL-80GCA 3.0 MOCA/PTMG (5/5) 43.6 2910±40 6±1%
실시예 30 LF-601D/L-325(5/5) 100 MFL-100CA 2.0MFL-80GCA 3.0 MOCA 22.5 2910±40 5±1%
실시예 31 LF-601D/L-325(5/5) 100 MFL-80GCA 3.0Expancel 1.5 MOCA 22.5 2880±40 6±2%
실시예 32 LF-700D 100 MFL-100CA 2.0MFL-80GCA 3.0 MOCA 20 2900±30 5±2%
실시예 33 LF-601D 100 MFL-80GCA 3.5F-20D 0.5 MOCA 20 3100±30 4±1%
상기 표에서 확인되는 바와 같이 종래의 제1 유기중공구체를 사용하여 제조된 연마패드와 비교할 때, 무기 중공구체 및/또는 제2 유기중공구체를 포함하는 본 발명의 연마패드는 평탄성이 우수하며 연마특성이 안정됨을 알 수 있다.
본 발명에 따른 미세기공을 함유한 연마패드 및 그 제조방법에 의해 제조된 연마패드는, 비중이 비교적 높은 무기분체가 코팅된 무기 중공구체를 첨가하여 성형물내에 미세기공이 균일하게 분포되고, 무기 중공구체의 내구성이 우수하여 재질이 안정하며, 미세기공 함유 연마패드의 상면부근과 하면부근의 밀도 및 경도차가 작아 로트간 연마특성의 편차를 방지할 수 있는 이점이 있다. 나노미터 입경의 무기분체가 코팅되어 있어 무기분체의 일부가 연마공정에 참여하여 연마제의 기능을 하므로 연마슬러리의 사용량을 절감할 수 있고 연마효율 등을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (28)

  1. 유기내피의 외부에 무기분체가 코팅되어있으며, 상기 유기 내피의 내부에 중공이 형성되어있는 무기 중공구체와,
    상기 무기 중공구체가 함침되어 있는 중합체성 매트릭스를 포함하는 연마패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기내피는 열가소성 수지를 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 열가소성수지는 아크릴로니트릴 공중합체, 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 공중합체 또는 스티렌-아크릴로니트릴 공중합체인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기분체는 탄산칼슘, 티타늄옥사이드, 실리콘 옥사이드, 세리윰옥사이드, 알루미늄옥사이드, 바리윰 옥사이드, 세라믹, 탈크 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 주성분으로 하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 중공구체는 중합체성 매트릭스 100 중량부에 대하여 0.5∼20 중량부로 함침되어 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 중공구체는 입경이 10~150㎛, 비중은 0.05~0.50±0.05g/cm3인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 중공구체는 입경이 10~50㎛와 60∼150㎛로 서로 다른 입경의 중공구체가 혼합되어있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체성 매트릭스는 폴리우레탄 유도체인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 유도체는 이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머, 우레탄변성 에폭시수지 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 유기내부의 중공에는 저비점 탄화수소 가스가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 중합체성 매트릭스에 유기중공구체가 추가로 더 함침되어있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 유기 중공구체는 매트릭스 경화전에 미리 발포되어 상기 중공에 탄화수소 가스가 존재하는 제1 유기 중공구체이거나, 매트릭스 경화전에는 상기 중공에 액상 탄화수소가 존재하고 매트릭스 경화시에 상기 중공부내의 저비점 탄화수소가 가스상으로 변하여 상기 유기피막이 발포 팽창되는 제2 유기 중공구체이거나, 또는 이들이 혼합된 것을 특징으로 하는 연마패드.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드의 밀도는 0.5~1.0g/cm3이고, 경도는 shore D=50~70인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 매트릭스 하부에 부착된 경도가 다른 하층 패드를 추가로 더 포함하는 것을 특징으로 연마패드.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 하층패드는 압축율 5∼15%, 압축탄성율 55∼75%, 경도 60∼75 shore A인 부직포 또는 우레탄 폼인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드의 연마 표면에는 X-Y축 방향성을 나타내는 X-Y형 마크로 그루브가 형성되어있고, 상기 마크로 크루브들의 사이에 X-Y형 마이크로 그루브가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 마크로 그루브는 깊이가 0.3∼1.5㎜, 폭은 0.1∼1.0㎜, 피치는 1.0∼8.0㎜이며, 마이크로 그루브는 깊이가 0.2∼1.0㎜, 폭은 0.1∼0.5㎜, 피치는 0.8∼5.0㎜로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  18. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마패드의 연마 표면은 사각형상 마크로 그루브가 단독으로 혹은 사각형상의 마크로 그루브 사이에 형성된 X-Y축 방향성을 가지는 직교형상의 마이크로 그루브와 함께 형성되는 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 사각형 마크로 그루브는 깊이가 0.3∼1.5㎜, 폭은 0.1∼1.0㎜, 피치 1.0∼8.0㎜이며, X-Y형 마이크로 그루브는 깊이가 0.2∼1.0㎜, 폭은 0.1∼0.5㎜, 피치 0.8∼5.0㎜로 형성되는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  20. 유기 내피의 외부에 무기분체가 코팅되어 있으며 상기 유기내피의 내부에는 중공(void)이 형성되어 있는 무기 중공구체와,
    상기 무기 중공구체가 함침되어 있는 매트릭스 케이크(matrix cake)를 포함하는 연마패드 케이크.
  21. (a) 유기 내피(organic inner shell)의 외부에 무기분체가 코팅되어있 있으며 상기 유기내피의 내부에는 중공(void)이 형성되어 있는 무기 중공구체를 중합체성 매트릭스 수지와 혼합하여 혼합물을 준비하는 단계와,
    (b) 상기 혼합물에 경화제를 첨가, 교반하는 단계와,
    (c) 상기 결과물을 금형에 주입하여 경화시킨 후 탈형하는 단계를 포함하는연마패드 제조방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 경화제는 활성수소 화합물인 것을 특징으로 하는 연마패드 제조방법.
  23. 제 21 항에 있어서,
    상기 경화제는 폴리아민 또는 폴리올과 폴리아민의 혼합물인 것을 특징으로 하는 연마패드 제조방법.
  24. 제 21 항에 있어서,
    상기 무기 중공구체는 상기 매트릭스 수지 100 중량부에 대해 0.5∼20 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는 연마패드 제조방법.
  25. 제 21 항에 있어서,
    상기 경화제는 상기 중합체성 매트릭스 수지 100 중량부에 대해 15-50 중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 연마패드 제조방법.
  26. 제 21 항에 있어서,
    탈형후에 얻어지는 연마패드 케이크를 슬라이스 절단하여 판상 연마패드를 얻는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드 제조방법.
  27. 제 21 항에 있어서,
    상기 (b)단계는 2액 성분계 주형기를 이용하여 수행되는 것을 특징으로 하는 연마패드 제조방법.
  28. 중합체성 매트릭스와, 상기 중합체성 매트릭스 내부에 함침된 미세입자를 포함하는 연마패드로서, 상기 미세입자는
    유기내피의 외부에 무기분체가 코팅되어 있으며, 상기 유기내피의 내부에 중공이 형성되어있는 무기 중공구체이거나,
    내부에 저비점 탄화수소가 포함된 유기피막을 구비하고 있으며, 매트릭스 수지와 혼합되어 경화되기 전에는 미발포 상태를 유지하고 경화시에 상기 저비점 탄화수소가 기화 발포되어 상기 유기피막 내부에 중공부가 형성되는 유기중공구체이거나 또는 이들의 조합인 것을 특징으로 하는 연마패드.
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