KR20020095941A - 반도체 소재 연마용 고분자 연마패드의 제조방법 및 그제조 패드 - Google Patents

Abstract

본 발명은 반도체 소재인 웨이퍼 연마 공정( 반도체 CMP공정)에서 슬러리의 사용량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 연마효율이 우수한 연마미립자를 함유하는 고분자 연마패드에 관한 것이다.

반도체소재의 초정밀연마에는 연마제가 피연마면에 잔존시 불균일한 연마가 이루어 지므로 연마패드가 연마제를 포괄하면서 정밀한 연마가 가능하게 되어야 한다.

본 발명은 연마패드자체에 다수의 열린 기공을 형성하도록 하되 필요한 탄성도 유지가능하게 하기 위하여 히드록시가가 32(㎎ KOH/g)이하의 값을 갖는 폴리올과 이소시아네이트가 29%이하의 디이소시아네이트화합물과반응하도록 하면서 이곳에 연마제를 함께 혼련하여 일정한 몰드에 주입후 경화하여 목적한 연마패드를 얻었다. 따라서 표면에서 부터 중심부까지 균일하면서 개방된 기공이 산재하도록 하여 연마제를 열린기공에 의하여 포집하고 동시에 연마기능을 동시에 발휘가능하게 되었다.

Description

반도체 소재 연마용 고분자 연마패드의 제조방법 및 그 제조 패드{A process for the production of polimeric polishing pad for semiconductor material and its pad}

본 발명은 폴리우레탄재질에 의하여 연마슬러리를 포집가능하게 하면서 연마기능을 발휘할 수 있는 고분자 연마패드의 제조방법 및 그 패드에 관한 것이다.

반도체 소자는 고정밀성을 요구하기 때문에 표면연마를 화학적이고 물리적인 연마의 동시적 처리가 진행된다. 즉, CMP(chemical mechanical polishing)공정이 필요하며, 이 공정중에 공급되는 연마제는 산화알루미늄, 실리콘 카바이드, 소금과 같은 연마제와 유화제 그외에 물과 오일과 같은 액상부형제 그리고 화학처리제가 함께 혼합되어져 화학적인 연마와 물리적인 연마가 동시에 최단시간안에 진행되도록 한다. 따라서 연마가 완료된 표면에 상기한 연마제가 잔류하게 되면 마이크로단위로 연마하는 과정이므로 필연적으로 연마제의 잔존량에 따라서 불균일한 연마가 될수 밖에 없다. 따라서 이같은 연마제의 잔류를 방지하고자 여러가지 수단이 제공되고 있다.

한국특허 출원제 1999-22619호에서는 이같은 단점을 개선하기 위하여 세포조직구조의 미세 중공 폴리머다발을 갖는 폴리싱 패드 및 그제조방법을 제공하고 있다. 여기서 제공하는 폴리싱패드란 우레탄 및 경화제가 혼합된 폴리머릭 매트릭스에 중공의 폴리머를 함침한 패드를 개선하여 폴리머 다발의 크기를 10∼300㎛로하며, 미세 중공 폴리머의 크기를 0.1∼10㎛를 사용하였다. 여기서 미세 중공 폴리머란 PVC, 폴리비닐피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜, 전분, 말레인산공중합체등이 사용되어지고있다. 여기서 미세중공폴리머 다발이라는 표현이 사용되기는 하였으나 위에 언급하듯이 합성수지중합체를 함께 병용한다는 것이며, 폴리우레탄으로 제조된 패드에 대한 정확한 기공형성을 위한 제법의 공개는 없는 상태이다.

본 발명은 다가히드록시와 이소시아네이트에 의하여 폴리우레탄을 형성하도록 하되 형성될 기공의 크기를 목적한 수준의 범위내의 기공을 가능한한 균일하게 분포하게 구성한 폴리우레탄 패드의 성형법을 제공하고자 한다.

본 발명은 또한 상기한 제법에 의하여 형성되는 폴리우레탄이 목적한 수준의 탄성을 갖추도록 하여 피연마제와 적절히 대향하여 연마제를 압박가능하게 하는 것이다.

도 1 은 본 발명의 연마패드의 측절단된 상태를 도시한 구성도임

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:열린 기공 2:패드체 3:연마입자 4:베이스폼

본 발명은 불활성기체로 채워진 밀폐된 용기에 32(㎎ KOH/g)이하의 히드록시값, 0.1이하의 산가(㎎ KOH/g), 수분 0.1%이하, pH 6.2에서 6.5 그리고 점도(25℃ CPS) 970∼1150의 폴리올을 65℃까지 서서히 온도를 상승시켜주면서 40내지 60분간 균질교반하는 공정,

반응용기의 온도가 65℃까지 상승하면 상기한 폴리올의 중량을 기준으로 정포제 1∼ 2중량%, R(OH)(여기서 R은 탄소수 7이하의 알킬기임) 1∼2중량%, NIAX A-0.1∼1.0 중량%, T-12 0.1∼0.5중량%를 첨가하여 다시 상기한 성분들이 균질하게 혼합될 때까지 2시간 내지 3시간 혼련하는 공정,

균질혼합이 완료되면 연마미립자를 4내지 5중량%첨가후 다시 30내지 60분간 혼합하는 공정,

혼합이 완료된 고분자 응집체를 일정량 취하여 몰드에 공급하는 공정,

몰드 충진된 것의 중량을 기준으로 디이소시아네이트 화합물을 50내지 70중량%를 가하고 전단혼합기로 혼합교반하는 공정,

상기한 혼합물을 몰드에 가하여 실온에서 60에서 90분간 겔화를 유도하는 공정,

겔화가 된 것을 110내지 120℃의 온도를 유지하는 가열조에 넣고 20내지 48시간 동안 경화를 유도하는 공정,

경화완료된 것을 탈형하여 , 재단 및 표면가공처리하여 목적한 화합물을 얻는 공정으로 구성된다.

본 발명에서 폴리올이란 폴리히드록시화합물은 프탈산, 아디핀산, 이량화리놀레인산, 말레인산등의 유기산과 에틸렌, 프로필렌, 부틸렌, 디에틸렌등과의 에스테르화로 얻어진 폴리에스테르화합물, 폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜, 폴리(옥시에틸렌)글리콜, 폴리(옥시부틸렌)글리콜, 폴리(옥시테트라메틸렌)글리콜과 같은 디올계화합물 혹은 트리올계 화합물이나 솔비톨, 펜타에리트리톨과 같은 폴리에테르계화합물중의 어느 하나로서 특히 적합하게는 트리올계통화합물이 적당하다. 폴리올은 반응시 이소시아네이트와 연쇄반응하여 필요한 골격구조를 이루는 것이다.

본 발명에서 ROH는 1중량%이하로 사용하면 경도가 낮아지고 폼(Foam)의 형성이 너무 적어서 목적한 기공의 형성이 어렵다. 또한 2중량%이상을 사용하면 너무 경도는 증가하나 인장력이 약해져 반도체 소재의 연마에 최적의 탄성과 인장강도 및 내구서을 발휘하지 못한다.

본 발명에서 연마미립자는 직경 0.04∼5.0㎛의 입경을 갖는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 형성되는 열린기공(1)의 크기에 비례하여 형성되므로 1∼2㎛이다. 미립자의 크기가 0.04보다 작게 되면 연마 미립자의 수용율이 적어지며, 5보다 크게 되면 과도한 양의 연마미립자를 함유하여 웨이퍼의 연마품질을 저하 시킨다.

본 발명에서 폴리올에 여러가지 부원료를 첨가시 반응기 온도가 65℃이하를 유지하도록 가열하면서 가장 균일하게 혼합될 수 있도록 각각의 부원료를 1가지씩 넣을 때 마다 40분정도 교반하여 주면서 혼합이 충분치 않으면 최종적으로 진공을유지하면서 기포를 제거하여 준다.

본 발명에서 몰드에 주입시 감압장치가 부착된 발포기로 일정한 배합비율로 혼합하여 주형에 주입한 후 겔화를 유도하여야 가장 우수한 세포(Cell)을 얻을 수 있으며, 경화 완료후 85내지 95도를 유지하면서 24시간 숙성시키면 안정된 셀을 얻게된다.

제조실시예

폴리올을 질소가스충진된 용기안에서 가한다음 온도를 65℃까지 서서히 가온하면서 40분간 교반하였다. 반응기내의 온도가 65도로 상승하면 실리콘 정포제를 가하고, 이어서 부탄디올 1.0g, NIAX A-10.2g, T-12 0.5g을 가하여 다시 균질혼합이 될 때 까지 2시간에서 3시간 정도 혼합하여준다.

혼합이 균일하게 되면 산화규소(SiO₂)5g을 가하여 다시 혼합하여 준다. 혼합된 것 110g을 취하여 2-클로로-1,4-페닐디이소시아네이트 65g을 첨가하여 전단혼합기(Kneader)에서 1,800에서 2,000rpm으로 10내지 60초간 교반하여 혼합물을 생성한다.

이 혼합물을 소정 형상의 몰드에 투입하여 60에서 90분간 겔화를 유도하고, 110내지 120℃의 온도를 유지하는 가열조에 넣고 20내지 48시간 경화처리한다.

경화완료된 것을 필요한 크기로 절단하여 목적한 연마패드를 제조하였다.

제조물의 성능 : 1.5mm의 고경질 우레탄 폼(경도계 C-타입으로 96정도)을 지지층(부직포)으로 부착하고, 반도체 웨이퍼 연마에 사용하였으며, 우수한 성능을 발휘하였다.

이상 본 발명의 연마 미립자를 함유하는 고분자연마패드는 연마 슬러리의 사용량을 현저히 줄일 수 있으며 또한 구조적으로 작업표면의 지지력이 강하여 장시간 사용할 수 있으며, 연마면의 스크래치의 발생을 줄이면서 고정밀도의 연마가 가능하게 된다.

즉, 기존의 패드는 표면에 공급되는 연마슬러리가 미세하지 않고 불균일하게 큰 입자를 포함하고 있을 경우, 이 연마 슬러리의 큰 입자를 포집하게 되어 높은 정밀도의 연마를 요구하는 웨이퍼등에 스크래치를 발생시키는 문제점이 있으나 본 발명의 방법에 의한 패드는 단일 중공 폴리머 대신에 세포조직구조의 미세중공 폴리머다바을 형성한 고른 크기의 입자가 함유된 연마 입자를 함침시킨 연마패드로 연삭작업시에 충분한 탄성력 및 지지력을 가지며 다수의 코어(Core)를 갖고 있는 미세쉘을 연마에 참여시켜 중래의 매크로 운동보다 아주 작은 마이크로운동을 하도록 함으로서 연마효율을 상승시키고 연마패드의 수명을 더욱 연장할 수 있다.

또한 반도체 웨이퍼를 갈아주워 평탄화작업하는 슬러리의 주원료가 실리카이므로 새로운 고분자연마패드는 일정량의 크기를 가진 1∼2㎛의 입자의 실리카를 우레탄패드에 직접 함침되어있어 장시간 지체하여 적은 시간에 많은 평탄화 작업이 진행된다.

또한 종래의 패드는 단일 중공폴리머 1개가 차지하는 공간을 다수의 미세중공 폴리머가 다발형태로 차지하므로 작업표면으로 노출되는 코어의 수가 많으며 노출된 코어에 미세한 연마슬러리 입자가 포집되므로 연마작업에 직접 참여할 수 있는 연마슬러리를 제어할 수 있다.

작업표면에 연마슬러리 입자를 고정시킨 상태를 연마작업을 수행하므로써 연마작업의 효율을 향상시킬 수 있으면서도 작업 표면밑에 위치한 다발 코어는 연마슬러리르 ㄹ포집하지 않으므로 전체 연마슬러리의 사용량을 감소시키는 장점을 가지고 있다. 또한 이러한 미세 중공 폴리머 다발의 전체 크기가 매우 작아서 연마 슬러리가 불균일하게 큰 입자를 포함하고 있더라도 연마슬러리의 큰 입자가 연마패드에 포집되지 않고 여과됨으로서 스크래치를 감소시킬수 있는 장점도 있다.

Claims (2)

1. 불활성기체로 채워진 밀폐된 용기에 32(㎎ KOH/g)이하의 히드록시값, 0.1이하의 산가(㎎ KOH/g), 수분 0.1%이하, pH 6.2에서 6.5 그리고 점도(25℃ CPS) 970∼1150의 폴리올을 65℃까지 서서히 온도를 상승시켜주면서 40내지 60분간 균질교반하는 공정,

   반응용기의 온도가 65℃까지 상승하면 상기한 폴리올의 중량을 기준으로 정포제 1∼ 2중량%, R(OH)(여기서 R은 탄소수 7이하의 알킬기임) 1∼2중량%, NIAX A-0.1∼1.0 중량%, T-12 0.1∼0.5중량%를 첨가하여 다시 상기한 성분들이 균질하게 혼합될 때까지 2시간 내지 3시간 혼련하는 공정,

   균질혼합이 완료되면 연마미립자를 4내지 5중량%첨가후 다시 30내지 60분간 혼합하는 공정,

   혼합이 완료된 고분자 응집체를 일정량 취하여 몰드에 공급하는 공정,

   몰드 충진된 것의 중량을 기준으로 디이소시아네이트 화합물을 50내지 70중량%를 가하고 전단혼합기로 혼합교반하는 공정,

   상기한 혼합물을 몰드에 가하여 실온에서 60에서 90분간 겔화를 유도하는 공정,

   겔화가 된 것을 110내지 120℃의 온도를 유지하는 가열조에 넣고 20내지 48시간 동안 경화를 유도하는 공정,

   경화완료된 것을 탈형하여 , 재단 및 표면가공처리하여 목적한 화합물을 얻는 공정으로 구성되는 반도체 소재 연마용 고분자 연마패드의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   연마미립자는 직경 0.04∼5.0㎛의 입경을 갖는 것을 특징으로 하는 반도체 소재 연마용 고분자 연마패드의 제조방법.