KR20050005392A

KR20050005392A - 연마재 및 이를 사용하는 연마 방법

Info

Publication number: KR20050005392A
Application number: KR10-2004-7001746A
Authority: KR
Inventors: 츠마가리아키오; 이시가와가즈노리; 미야자키가즈야; 아라이가즈히사
Original assignee: 가부시기가이샤 디스코
Priority date: 2002-06-04
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2005-01-13
Also published as: DE10392153T5; WO2003101668A1; US20040209554A1; JPWO2003101668A1; AU2003242004A1

Abstract

적어도 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리이소시아네이트, 및 유기 폴리올과 유기 폴리아민에서 선택된 1종 이상, 및 연마 입자로서 수산기를 일정량 갖는 입자 및/또는 콜로이드성 실리카등을 포함하는 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어진, 매트릭스 수지가 우레탄 결합 및/또는 우레아 결합을 갖는 수지인 연마재를 제공한다.

상기 연마재는, 환경에 악영향을 끼치지 않고, 피연마물을 장시간 연속 연마할 수 있다.

Description

연마재 및 이를 사용하는 연마 방법{POLISHING MATERIAL AND METHOD OF POLISHING THEREWITH}

종래부터, 부직포의 연마 패드와 유리된 숫돌 입자를 포함하는 연마액을 사용한 CMP법(Chemical Mechanical Polishing: 화학적 기계적 연마법)이 알려져 있지만, 최근, 연마 가공 비용의 저감, 및 연마액의 폐액 처리 문제로부터 환경을 배려한 CMP법이 요구되고 있다.

상기 유리된 숫돌 입자를 포함한 연마액을 사용한 CMP법은, 사용된 유리 숫돌 입자(예를 들어 실리카등)의 대부분이 폐액중에 배출되게 되므로, 간편한 폐액 처리법을 채택할 수 없는 문제점이 있었다. 통상, 연마시의 숫돌 입자의 마모에 의한 소비량은 숫돌 입자 전체의 3~4 중량% 정도이며, 대부분의 숫돌 입자가 연마에 직접 기여하지 않고 헛되이 소비되고 있는 실정이다. 따라서, 유리 숫돌 입자를 포함한 연마액을 사용한 CMP법에서는, 가공 비용의 저감이나 환경을 배려한 대응이 충분히 이루어질 수 없었다.

이러한 배경 때문에, 유리된 입자를 함유하는 연마액을 사용하지 않고, 연마 패드에 숫돌 입자를 함유시키는 CMP법의 개량이 검토되고 있다. 이러한 CMP법의 개량은, 대부분의 숫돌 입자(예를 들어 실리카 등)가 연마에 기여하여 마모 소비되므로, 연마액의 폐액중으로 배출되는 숫돌 입자량을 줄일 수 있고, 따라서, 한 번 사용한 연마액을 여과시켜 재활용할 수 있게 된다. 또한, 숫돌 입자가 헛되이 소비되지 않으므로, 연마 공정 유지비의 대폭적인 절감을 기대할 수 있다.

그러나, 종래의 고정 숫돌 입자 연마 패드는, 자생 발인(發刃) 작용이 발휘되지 않기 때문에, 연마 효율(연마 비율)이 비교적 단시간에 저하하고, 장시간의 연속적인 연마가 불가능한 문제가 있다. 이 때문에, 연삭(드레싱)에 의한 숫돌 입자의 깎아내기를 빈번히 실행함으로 인해, 생산성의 저하를 초래했다.

예를 들어, 일본 특개평 5-8178호 공보에는, 펠트 형상 섬유질 시트에 선 모양의 열가소성 폴리우레탄 수지를 함침, 응고시켜 얻은 복합 기재에, 상기 열가소성 폴리우레탄 수지보다도 경질의 수지를 함침, 가열 건조시킨 반도체 웨이퍼 연마용 천이 개시되어 있다. 이러한 연마용 천은 눈 막힘으로 인해 연마 능력이 단기간에 저하하지는 않지만, 그렇다 해도 그 수명은 양호한 상태라도 60시간 정도이다.

또한, 일본 특개평 8-216034호 공보에는, 경도가 50~85인 연질 폴리우레탄 수지의 매트릭스 60~90 중량%와, 상기 매트릭스 중에 분산되어, 실리카, 알루미나, 탄화 규소의 군에서 선택되는 적어도 1종의 연마 숫돌 입자 10~40 중량%로 이루어진 발포 배율 1.5~5.0의 연마재가 개시되어 있다. 상기 연마재는, 연마후의 반도체 웨이퍼의 표면 평활성이 뛰어나고, 면 처짐 현상도 억제할 수 있지만, 장시간 연속 연마가 불가능하다는 문제점이 있다.

더욱이, 일본 특개평 11-204467호 공보에는, 표면 단차를 갖는 반도체 기판의 표면에 대해 기계적 연마를 수행하는 연마 패드와, 상기 반도체 기판의 표면에 대해 화학적 연마를 수행하는 용액을 공급하는 장치를 갖는 장치에 있어서, 상기 반도체 기판보다 경도가 높은 입자가 배합된 반도체 제조 장치가 개시되어 있다. 상기 연마 패드의 원재료로서 우레탄에 실리카 입자를 혼화(混和)하여 성형한 것이 개시되어 있다.

상기 장치를 이용하면 피처리 기판상에 형성된 절연막의 연마 속도와 연마량을 피처리 기판 전면에서 균일하게 할 수 있고, 과도한 연마 슬러리의 공급이 불필요해지는 특징은 있지만, 역시 장시간 연속 연마가 불가능하며, 정기적으로 연삭(드레싱)하지 않으면 안되는 문제점이 있다.

이러한 사정 때문에, 장시간에 걸친 연속 연마를 수행하는 경우에는, 유리 숫돌 입자를 포함한 연마액을 사용하여 피연마물을 연마해야 했다.

일반적으로, 화합물 반도체 웨이퍼등을 연마할 때에 연마재에 요구되는 성능으로서, 장시간의 연속 연마 외에, 연마후의 피연마물의 표면 평활성이 고정밀도일 것, 연마 속도가 빠를 것, 그리고, 면 처짐 현상(연마면의 주변부가 중심부보다 얇아질 것)을 일으키지 않아야 한다.

더욱이, 요철이 있는 피연마재의 표면에 적합시키려면 연마재의 매트릭스 수지는 탄력성이 풍부한 재료로 형성되어야 한다.

본 발명은, 연마재 및 이를 사용하는 연마 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 (1) 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리이소시아네이트, 및 유기 폴리올과 유기 폴리아민에서 선택된 1종 이상, 및 (2) 연마 입자로서 수산기를 갖는 입자 또는 콜로이드성 실리카등을 포함한 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어지는 연마재, 및 이를 사용하는 연마 방법에 관한 것이다.

도 1은 제 1 실시형태에서의 연마재를 고정 숫돌 입자 연마 패드로서 사용한 연마 장치의 개요를 나타낸 사시도이다.

도 2는 제 2 실시형태에서의 고정 숫돌 입자 연마 패드의 구성을 나타낸 사시도이다.

도 3은 실시예 1에 있어서의 연마 시간과 연마 효율과의 관계를 나타낸 그래프이다.

따라서, 본 발명의 목적은, 장시간 연속 연마가 가능하고, 또한 연마 속도가 빠르고 피연마물의 표면 평활성이 고정밀도이며, 면 처짐 현상이 발생하지 않는 연마재, 및 상기 연마재를 사용한 고정 숫돌 입자 연마 패드를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 상기 연마재를 사용한 피연마물의 연마 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명자들은, 상기 과제를 해결하기 위해 여러가지 검토한 결과, 연마재의 원료에 적어도 (1) 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리 이소시아네이트, 및 유기 폴리올과 유기 폴리아민에서 선택된 1종 이상, 및 (2) 연마 재료 입자를 포함한 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어지는 연마재에, 연마 입자로서 수산기를 갖는 입자 또는 콜로이드성 실리카등을 사용함으로써, 장시간 연속하여 연마가 가능하며, 또한 연마 속도가 빠르고 피연마물의 표면 평활성은 고정밀도이며, 면 처짐 현상이 발생하지 않는 연마재를 얻을 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성시켰다.

즉, 본 발명의 제 1 태양에 의하면, 적어도 (1) 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 및 유기 폴리올(성분B)과 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 (2) 연마 입자(성분E)를 포함하는 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어지는 연마재로서, 입자(성분E)가, (a) 상기 입자중의 수산기 양(중화 적정법에 의한 측정치, 이하 같음) 0.001m몰/g이상인 입자(성분E1), 및/또는 (b)발연(fumed)실리카, 콜로이드성 실리카, 발연 알루미나, 콜로이드성 알루미나,베마이트(boehmite)와 바이어라이트(bayerite)에서 선택된 적어도 1종류 이상(성분E2)인것을 특징으로 하는 연마재가 제공된다.

본 발명의 제 1 태양에 있어서는,

(1) 매트릭스 수지(수지F)가 적어도 우레탄 결합을 갖는 수지임,

(2) 매트릭스 수지 원료가 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 발포제(성분D)를 포함함,

(3) 매트릭스 수지 원료가 유기 폴리 이소시아네이트(성분A), 유기 폴리올(성분B)과 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 유기 폴리카르복시산(성분J)임,

(4) 매트릭스 수지(수지F)가 우레탄 결합, 우레아 결합, 및 아미드 결합 중 어느 1종 이상을 갖는 수지임,

(5) 발포 배율이 1.1 내지 5배임,

(6) 입자(성분E)가 콜로이드성 실리카임,

(7) 입자(성분E1)중의 수산기 양이 0.01 내지 6m몰/g임,

(8) 입자(성분E1)가 수산기가 부여된, 다이아몬드, 입방결정 질화붕소, 지르코니아, 세리아, 산화 망간, 산화 티탄, 탄산 칼슘, 탄산 바륨, 산화 마그네슘, 알루미나실리카, 및 탄화 규소에서 선택된 1종 이상임,

(9) 매트릭스 수지(수지F)가 연마재중에 60 내지 95 중량% 포함됨,

(10) 연마재가 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A), 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 발포제(성분D), 촉매, 및 입자(성분E)를 포함하는 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어진 발포체임,

(11) 연마재가 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 발포제(성분D), 촉매, 및 입자(성분E)로 이루어진 혼합물에, 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)을 가하여 교반 혼합하여 중합 반응에 의해 경화·성형시켜 얻어진 발포체임,

(12) 연마재가 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A), 발포제(성분D), 및 촉매로 이루어진 혼합물에, 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 입자(성분E)로 이루어진 혼합물을 가하여 교반 혼합하여 중합 반응에 의해 경화·성형시켜 얻어진 발포체임,

인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제 2 태양에 의하면, 적어도 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 및 유기 폴리올(성분B)과 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 상기 입자(성분E)를 포함하는 원료를 중합 반응시켜 얻어지는, 매트릭스 수지(수지F)가 우레탄 결합을 갖는 수지인 연마재를 연마 테이블에 장착시켜 이루어진 고정 숫돌 입자 연마 패드(연매 패드G)로서, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 피연마물 유지부의 사이에서 피연마물을 압압하고, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물의 사이에 연마액(연마액H)을 공급하면서, 상기 피연마물과의 상대 운동에 의해 상기 피연마물을 연마하기 위한 고정 숫돌 입자 연마 패드가 제공된다.

본 발명의 제 2 태양에 있어서는,

(1) 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)가 중심점에서 원주 방향을 향해 방사상 홈을 가짐,

(2) 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)가 격자모양 홈을 가짐,

이 바람직하다.

또한, 본 발명의 제 3 태양에 의하면, 상기 연마재로 이루어진 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)를 연마 테이블상에 장착하고, 고정 숫돌 입자 패드(연마 패드G)와 피연마물 유지부의 사이에서 피연마물을 압압하고, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물의 사이에 연마액(연마액H)을 공급하면서, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물의 상대 운동에 의해 피연마물을 연마하는 방법인 것을 특징으로 하는 피연마물의 연마 방법이 제공된다.

본 발명의 제 3 태양에 있어서는,

(1) 연마액(연마액H)이 알칼리 수용액임,

(2) 상기 알칼리 수용액이 pH10 이상임,

이 바람직하다.

본 발명의 연마재를 사용하여 피연마물을 장시간 연속적으로 연마해도, 연마 기능이 저하하는 일은 거의 없다. 게다가 연마 입자로서 배합한 입자(성분E)가 중합 반응 후에 매트릭스 수지(수지F)중에 분산되어 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ)로서 존재하는데, 상기 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ)도 거의 소모되지 않는다. 또한, 연마액의 폐액중에 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ)가 배출되는 양도 대폭 삭감되므로, 환경에 악영향을 끼치지 않고 간단한 여과 수단등에 의해 연마액을 재활용할 수 있다.

본 발명의 연마재를 사용하여 피연마물을 장시간 연속해서 연마할 수 있는 구체적인 매카니즘에 관해서는 명확하게 나타내지는 않지만, 본 발명의 연마재를 중합 반응에 의해 경화·성형시킬 때에, 유기 폴리 이소시아네이트(성분A)가 갖는 이소시아네이트기(-CNO)와 입자(성분E)가 갖는 수산기의 사이에서 화학적 결합력이발현되기 때문이라 추정된다.

즉, 유기 폴리이소시아네이트(성분A)가 갖는 이소시아네이트기(-CNO)에, 입자(성분E)가 갖는 수산기의 수소원자가 활성 수소로서 작용하고, 상기 활성 수소 원자는 상기 이소시아네이트기(-CNO)의 질소 원자에 부가하여, 상기 수산기의 수소원자가 빠진 산소원자는 이소시아네이트기(-CNO)의 탄소원자와 결합하여, [(매트릭스 수지측)-NH-CO-O-(숫돌 입자측)]의 화학 결합이 생기기 때문이라 추정된다.

매트릭스 수지(수지F)와 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ)의 사이에 화학 결합이 발현된 결과, 매트릭스 수지(수지F)중에 존재하는 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ)가 탈락하는 양이 큰폭으로 감소하여, 장시간의 연속 연마가 가능해졌다고 추정된다.

종래의 연마재는, 사용되고 있던 입자에 수산기가 거의 존재하지 않거나, 존재한다 해도 미량이었기 때문에, 매트릭스 수지중에 숫돌 입자가 단순히 물리적으로 유지된 상태였기 때문에, 이러한 숫돌 입자는 연마에 의해 상당 부분이 쉽게 탈락되었다고 추정된다.

또한, 매트릭스 수지(수지F)와 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ)의 경계면에 화학 결합력이 발현됨으로써, 연마재의 연마면에 존재하는 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ) 부분뿐만 아니라 연마재 표면 전체가 가공면이 되므로, 장시간의 연속 연마에도 연마효율이 저하하지 않는다.

이로 인해, 연마재의 자발인(自發刃) 작용이 발휘되지 않아도 장시간의 연속 연마를 행할 수 있게 된다.

[본 발명의 제 1 태양]

본 발명의 연마재는, 적어도 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 및 유기 폴리올(성분B)과 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 연마 입자로서 상기 입자(성분E)를 포함하는 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어진, 매트릭스 수지(수지F)가 우레탄 결합, 및/또는 우레아 결합을 갖는 연마재이다.

또한, 매트릭스 수지 원료에는, 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C) 외에, 필요에 따라 발포제(성분D), 촉매, 또는 정포제(整泡劑)를 이용할 수도 있다.

더욱이, 연마 입자 재료로서 이용하는 입자(성분E)로는, 특정량의 수산기를 갖는 입자, 또는 후술하는 콜로이드성 실리카등과 같이 수산기를 갖는 것이어도 좋고, 수산기가 부여된 지르코니아등이어도 좋다.

매트릭스 수지 원료의 하나인 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)은, 분자내에 2개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 화합물이며, 폴리우레탄 수지를 제조할 때에 통상 이용되는 폴리이소시아네이트를 특별한 제한없이 사용하는 것이 가능하다.

이와 같은 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)로서 구체적으로는, 톨릴렌디이소시아네이트(TDI), 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 폴리머성MDI,크실렌디이소시아네이트(XDI), 나프틸렌디이소시아네이트(NDI), 파라페닐렌디이소시아네이트(PPDI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HDI), 디시클로헥실메탄디이소시아네이트(HMDI), 이소포론디이소시아네이트(IPDI), 리신디이소시아네이트(LDI), 톨리신디이소시아네이트(TODI), 물첨가 크실렌디이소시아네이트, 더욱이 이들 폴리이소시아네이트의 변성물, 또는 미리 말단에 이소시아네이트기가 남도록 폴리올과 반응시킨 프리폴리머등을 들 수 있다.

유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)의 NCO기의 함유량은 바람직하게는 20 내지 48 중량%, 특히 바람직하게는 20 내지 40 중량%, 더욱 바람직하게는 25 내지 38 중량%이다. 이 범위에서 내구성, 내마모성이 뛰어난 연마재를 얻을 수 있다.

이들 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)은, 단독 사용하거나 2종 이상 겸용해도 좋다.

이들 중에서도 톨릴렌디이소시아네이트(TDI), 또는 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI)가 바람직하다.

유기 폴리올(성분B)로서는, 분자내에 2개 이상의 히드록실기를 갖는 유기 화합물이면 널리 사용할 수 있고, 다가 알콜류, 폴리에테르계폴리올, 폴리에스테르폴리올, 폴리머폴리올류를 들 수 있다.

유기 폴리올(성분B)의 구체예로서, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 1,4-비스(히드록시메틸)시클로헥산, 비스페놀A, 물첨가 비스페놀A, 히드록시피바릴히드록시피바레이트, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 2,2,4-트리메틸-1,3-펜탄디올, 글리세린 혹은, 헥산트리올등의 다가 알콜류; 폴리옥시에틸렌글리콜, 폴리옥시프로릴렌글리콜, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시테트레메틸렌글리콜, 폴리옥시프로필렌, 폴리옥시테트라메틸렌글리콜 혹은, 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시프로필렌, 폴리옥시테트라메틸렌글리콜등의 폴리에테르글리콜류; 상기 각종 다가 알콜류와 에틸렌옥사이드, 프로필렌옥사이드, 테트라히드로푸란, 에틸글리시딜에테르, 프로필글리시딜에테르, 부틸글리실에테르, 페닐글리시딜에테르 또는 아릴글리시딜에테르등과의 개환 중합에 의해 얻어지는 변성 폴리에테르폴리올류; 상기 각종 다가 알콜의 1종 이상과, 호박산, 말레산, 아디프산, 글루타르산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 프탈산, 인프탈산, 텔레프탈산등의 다가 카르복실산류와의 공축합에 의해 얻어지는 폴리에스테르폴리올류; 상기 각종 다가 알콜의 1종 이상과, ε-카프로락톤, δ-발레로락톤 혹은 3-메틸-δ-발레로락톤과 같이 각종 락톤류와의 중축합 반응에 의해 얻어지는 락톤계 폴리에스테르폴리올류; 비스페놀A형 에폭시 화합물, 물첨가 비스페놀A형 에폭시 화합물, 1가 및/또는 다가 알콜의 글리시딜에테르 혹은 1염기산 및/또는 다염기산의 글리시딜에스테르와 같이 각종 에폭시 화합물을, 폴리에스테르폴리올 합성시에 1종 이상 겸용하여 얻어지는 에폭시 변성 폴리에스테르폴리올류; 더욱이 폴리에스테르폴리아미드폴리올, 폴리카보네이트폴리올, 폴리부타디엔폴리올, 폴리펜타디엔폴리올, 피마자유, 피마자유 유도체, 물첨가 피마자유, 물첨가 피마자유 유도체 또는 히드록실기 함유 아크릴 공중합체등을 들 수 있다.

상기 유기 폴리올(성분B)로서는, 바람직하게는 수산기가가 100 내지 1800,특히 바람직하게는 200 내지 1200이다.

이들 유기 폴리올(성분B)은, 단독 사용하거나 2종 이상 겸용해도 좋다.

유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)과 유기 폴리올(성분B)의 배합 비율은, 관능기 비율([활성수소함유 화합물]/[이소시아네이트])로 0.8~1.2, 바람직하게는 1~1.2의 범위이다.

본 발명에 있어서는, 유기 폴리올(성분B)의 일부 또는 전부 대신에, 유기 폴리아민(성분C)을 사용할 수도 있다. 사용 가능한 폴리아민으로서는, 폴리우레탄 수지를 제조할 때에 통상 사용되는 공지의 디아민, 트리아민 또는 그들 혼합물을 사용할 수 있는데, 이들의 대표적인 것으로는, 예를 들어, 1,2-에틸렌디아민, 비스-(3-아미노프로필)-아민, 히드라진, 히드라진-2-에탄올, 비스-(2-메틸아미노에틸)-메틸아민, 1,4-디아미노시클로헥산, 3-아미노-1-메틸아미노프로판, N-메틸-비스-(3-아미노프로필)-아민, 테트라에틸렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 1-아미노에틸-1,2-에틸렌디아민, 비스-(N,N′-아미노에틸)-1,2-에틸렌디아민, 디에틸렌트리아민, 테트라에틸렌펜타민, 펜타에틸렌헥사민, 페닐렌디아민, 톨루일렌디아민, 2,4,6-트리아미노톨루엔트리하이드로클로라이드, 1,3,6-트리아미노나프탈렌, 이소포론디아민,크실렌디아민, 4,4′디아미노디페닐메탄, 물첨가 4,4′디아미노디페닐메탄, 혹은 이들 폴리아민모노머의 유도체등을 들 수 있다.

유기 폴리아민(성분C)의 아민가는, 바람직하게는 56 내지 560(mg KOH/g), 특히 바람직하게는 80 내지 400(mg KOH/g)이다.

이 범위에서 내구성, 및 연마 성능이 뛰어난 연마재를 얻을 수 있다.

더욱이, 본 발명에 있어서는, 상기 유기 폴리올(성분B) 및/또는 유기 폴리아민(성분C) 대신에 유기 폴리카르복시산(성분J)을 사용할 수도 있다. 이 경우, 매트릭스 수지(수지F)는, 우레탄 결합, 우레아 결합, 및 아미드 결합의 어느 1종 이상을 갖는 수지가 된다.

이와 같은 유기 폴리카르복시산(성분J)으로서, 프탈산등의 방향족 카르복시산, 아디프산등의 지방족 카르복시산을 들 수 있다. 이들은 경화 촉매의 안정제로서도 작용하고, 냄새가 없는 것이 바람직하다.

또한, 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)과 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상을 반응시킬 때에 사용할 수 있는 발포제(성분D)로서, 물, 트리클로로모노플루오르메탄, 디클로로디플루오르메탄, 메틸렌클로라이드, 트리클로로플루오르에탄, 트리클로로에탄등의 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 들 수 있다.

매트릭스 수지(수지F)를 성형할 때의 발포 배율은 1.1~5배인 것이 바람직하다.

이 경우의 발포 배율은, 매트릭스 수지 원료와 연마 입자(성분E)가 배합된 원료에 발포제(성분D)를 배합하지 않고 무발포의 경화물을 제조하고, 그 무게와 체적에서 계산된 부피 밀도를 D₁, 같은 연마 입자(성분E)가 배합된 원료에 발포제(성분D)를 배합하여 발포시킨 경화물을 제조하고, 그 무게와 체적에서 계산된 부피 밀도를 D₂로 했을 때에, D₁/D₂로 나타난 값을 말한다.

발포 배율이 상기 5.0을 넘는 연마재는, 그 기포 구조가 조잡하기 때문에, 연마시의 연마 속도는 빨라지지만, 다른 한편으로는 피연마물인 웨이퍼등의 표면을거칠게 하므로, 연마후에 있어서의 피연마물의 표면 평활성을 저하시킨다.

또한, 발포 배율이 1.1 미만인 경우에는, 그 기포 구조가 정밀하기 때문에, 웨이퍼등의 표면 평활성을 높이기는 하지만, 연마 속도가 늦고, 연마시의 생산성이저하된다.

유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)과 유기 폴리올(성분B)등을 반응시킬 때에 사용 가능한 촉매는, 특별히 한정되는 것은 아니고, 아민계 촉매나 유기 금속계 촉매등을 사용할 수 있다. 이러한 아민계 촉매로서, 트리에틸렌디아민, 트리에틸아민, 트리프로필아민, 트리이소프로판올아민, 트리부틸아민, 트리옥틸아민, N-메틸모르폴린, N-에틸모르폴린등을 들 수 있다. 또한, 유기 금속계 촉매로서는, 옥틸산 주석, 라우르산 주석, 디부틸 주석 디라우레이트등을 들 수 있다. 이 중, 바람직한 것은 아민계 촉매이다.

촉매의 첨가량은 특별히 한정되지는 않지만, 통상, 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)과 유기 폴리올(성분B)의 합계량 100 중량부에 대해 0.01~0.5 중량부 정도이다.

정포제로서는, 종래부터 알려져 있는 유기규소계 계면 활성제가 사용된다. 이러한 유기규소계 계면 활성제로서는, 예를 들어, 일본 유니카(주)제조 의 L-520, L-532, L-540, L-544, L-3550, L-5740S, L-5740M, L-6202등; 트레실리콘(주)제조의 SH-190, SH-192, SH-193, SH-194, SRX-294, SRX-298등; Shin-Etsu 실리콘(주)제조의 F-114, F-121, F-122, F-230, F-258, F-260B, F-317, F-341, F-601, F-606등을 들 수 있다.

더욱이 필요에 따라, 난연제, 탈수제, 내후제등을 원료 조성물에 첨가 사용할 수 있다.

난연제로서는 수산화알루미늄, 인산 에스테르류, 멜라민, 붉은 인, 팽창 흑연등을 들 수 있고, 탈수제로서는 규산 칼슘, 탄산 칼슘, 황산 마그네슘, 합성 제올라이트등을 들 수 있고, 내후제로서는 폴리우레탄 수지에 통상 이용되는 자외선 흡수제, 광안정제, 산화 방지제등을 들 수 있다.

본 발명에서, 연마 입자(성분E)로서, (a)수산기량이 0.001m몰/g 이상의 입자(성분E1), 및/또는 (b)발연 실리카, 콜로이드성 실리카, 발연 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 베마이트, 및 바이어라이트 중에서 선택된 적어도 1종류 이상(성분E2)을 사용할 수 있다.

연마 입자로서 상기 입자(성분E1)를 사용할 경우, 수산기를 갖는 입자(성분E1)의 수산기 양은, 하기의 중화 적정법에 의한 수산기 양이 0.001m몰/g이상이다.

수산기 양이 0.001m몰/g 이상이면 본 발명의 효과인, 매트릭스 수지(수지F) 경화후에 상기 매트릭스 수지(수지F)와 숫돌 입자(숫돌 입자Ⅰ)의 사이에서 화학적 결합력을 발현시키는 것이 가능해진다.

또한, 상기 수산기 양은, 바람직하게는 0.01m몰/g이상, 특히 바람직하게는 0.05m몰/g이상이다.

한편, 입자(성분E1)의 수산기 양에 특별한 상한치는 없는데, 너무 많아지면 입자(성분E1)가 매트릭스 수지에 피복되어 버릴 염려가 있으므로, 수산기 양의 증가에 대응하는 효과는 기대할 수 없다. 입자(성분E1)의 수산기 양은, 일반적으로 바람직하게는, 20m몰/g이하, 특히 바람직하게는 10m몰/g이하, 더욱 바람직하게는 6m몰/g이하이다.

연마 입자(성분E)중의 수산기 양의 측정 방법은 이하의 방법에 의한다. 즉, 시료의 입자를 2.00g 칭량(Wg로 한다)하고, 100ml의 3각 플라스크에 넣고, 0.05N의 NaOH 수용액을 80ml 가하여, 고무 마개로 밀폐하고, 12시간 교반하면서 방치했다.

그 후 입자와 용액을 원심 분리기에서 분리하고, 이 용액에서 10ml를 피펫으로 취하여, 0.05N의 HCl 수용액에서 중화 적정했다.

그 중화에 필요한 HCl 수용액을 Aml로 한다. 한편, 입자를 넣지 않고 동일하게 조작하고, 그 중화에 필요한 HCl 수용액을 Bml로 한다. 입자의 단위 중량 당 OH기의 양(Xm몰/g)은 다음 식에 의해 산출된다.

X=[(B-A)×0.05×8]/W

한편, 상기 수산기 양의 측정치는, 입자(성분E)의 비교적 표면 부근에 존재하는 수산기 양의 측정치이다. 본 발명에 있어서, 실제로 매트릭스 수지(수지F)의 사이에서 화학적 결합력을 발현시키는 것이 가능한 것은, 입자(성분E)의 비교적 표면 부근에 존재하는 수산기이므로 상기 측정 방법을 채택하고, 그 측정치는 편의상, 입자(성분E)의 수산기 양으로 한다.

수산기를 갖는 입자(성분E1)로서 구체적으로는, 실리카, 알루미나등의 공지의 무기계 숫돌 입자에 사용되고 있는 것이 모두 사용 가능하다. 더욱이, 수산기를 부여한 입자(성분 E1)로서는, 예를 들어, 수화반응에서 수산기를 부여한 산화 티탄등의 금속 산화물을 예시할 수 있다. 또한, 복수의 다른 소재 입자에 기계적인 에너지를 가하여, 메케노케미칼적인 반응을 일으켜 입자를 복합화(수산기가 있는 입자와 수산기가 없는 입자를 복합화시켜 수산기를 삽입)하는 방법도 있다.

이와 같이, 입자의 종류에 따라 각종 방법으로 수산기를 부여할 수 있다.

이러한 입자로서, 수산기를 부여한 다이아몬드, 입방 결정 질화붕소, 지르코니아, 세리아, 산화망간, 산화티탄, 탄산칼슘, 탄산바륨, 산화마그네슘, 알루미나실리카, 혹은 탄화규소를 들 수 있다.

또한, 연마 입자(성분E2)로서, 발연 실리카, 콜로이드성 실리카, 발연 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 베마이트, 및 바이어라이트 중에서 선택된 적어도 1종류로 이루어진 것을 사용할 수 있다.

이들 연마 입자(성분E2)는, 통상 모두가 입자 표면에 수산기를 가지므로, 상기한 입자(성분E1)와 같이 수산기 양을 고려하지 않고, 단독 혹은 임의로 조합하여 이용 가능하며, 이들 중에서도, 콜로이드성 실리카가 바람직하다.

또한, 발연 실리카, 및 발연 알루미나에 관해서는, 이들의 입자 표면에 Si-C1 결합이 많이 존재하는 경우에는 수분 존재하에서 200 내지 800℃정도로 가열 처리하여 Si-Cl 결합을 Si-OH 결합으로 바꾼 것이 바람직하다.

상기 콜로이드성 실리카등의 제조 방법에 특별히 제한은 없고, 예를 들어, 일본 특개평 4-2602호 공보, 일본 특개평 4-231319호 공보, 일본 특개평 5-97422호공보, 일본 특개 2003-89786호 공보, 일본 특개 2003-100678호 공보등에 기재된 공지의 제조방법으로 제조한 것을 사용할 수 있다.

상기 콜로이드성 실리카, 발연 실리카등은, 그 표면(구조중의 결합단)에는 Si-OH로 이루어진 수산기(실란올기)를 많이 가지므로, 매트릭스 수지(수지F)와 화학적으로 결합하는 데 적합하다.

또한, 이들 연마 입자(성분E)는 피연마물 표면에 숫돌 입자에서 기인한 스크래치가 발생되는 것을 방지하거나, 보존중에 침전되어 조성이 변화하지 않도록 입자 지름이 일정한데, 입자 지름이 작은 것이 바람직하다. 연마 입자(성분E)의 입자 지름은 주사형 전자 현미경에 의해 관찰할 수 있고, 입자 지름으로서는, 0.005 내지 50㎛의 범위에 있는 것이 바람직하다. 입자 지름이 상기 0.005㎛ 미만이면 연마율이 커지기 여려우므로 바람직하지 않고, 한편, 상기 50㎛를 넘으면 피연마물 표면에 스크래치를 발생하기 쉬우므로 바람직하지 않다.

본 발명의 연마재는, 상기 연마재중에 매트릭스 수지(수지F)가 60 내지 95 중량% 포함되는 것이 바람직하다.

연마재중의 매트릭스 수지(수지F)의 함유 비율이 상기 95 중량%를 넘으면(숫돌 입자가 5 중량% 미만인 경우), 연마 속도가 늦어져 높은 생산성을 유지할 수 없다. 한편 상기 60 중량% 미만이면(숫돌 입자가 40 중량%를 넘을 경우), 연마재 제조시에, 매트릭스가 되는 액상 폴리우레탄 수지의 유동성이 현저히 저하하여 성형 가공이 곤란해지는 경우가 있다.

본 발명의 연마재는, 적어도 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 및 유기 폴리올(성분B)과 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상(필요에 따라 유기 폴리카르본산을 첨가하는 경우도 있다), 및 연마 입자(성분E)를 포함하는 원료를 중합 반응시켜 얻어지는 것이다.

한편, 상기한 바와 같이, 필요에 따라 촉매, 발포제(성분D), 정포제등을 배합할 수 있다.

상기 원료 혼합물을 혼합하여, 반응 사출법 혹은 주형법등으로 중합 반응에 의해 경화·성형시킬 수 있다.

[본 발명의 제 2 태양]

상기한 연마재로 이루어진 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)는, 연마 테이블상에 장착되어, 피연마물을 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)면에 압압하고, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물의 상대 운동에 의해 피연마물을 연마하는 것이다.

고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)에는, 연마액을 사용할 경우, 상기 연마액을 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)의 전체에 균일하게 골고루 미치게 하기 위해 고정 숫돌 입자 연마 패드가 중심점에서 원주 방향을 향해 방사상 홈, 또는 격자상 홈을 설치하는 것이 바람직하다.

[본 발명의 제 3 태양]

본 발명의 제 3 태양은, 상기한 연마재로 이루어진 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)를 연마 테이블상에 장착하고, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드 G)와 피연마물 유지부의 사이에서 피연마물을 압압하고, 고정 숫돌 입자 연마패드(연마 패드G)와 상기 피연마물의 사이에 연마액(연마액H)을 공급하면서, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물의 상대 운동에 의해 피연마물을 연마하는 방법이다.

상기 연마 방법은, 연마액(연마액H)으로서 알칼리 수용액을 사용하면 화학적 기계적 연마가 가능해지며, 연마 속도가 빠르고, 표면 평활성이 고정밀도인 피연마물을 얻을 수 있다.

상기 연마액(연마액H)으로서는, 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄등의 수용액을 들 수 있고, 화학적 연마 작용을 발현시키기 위해서는 그 알칼리 농도는, pH가 10이상인 알칼리 수용액인 것이 바람직하다.

본 발명의 연마 방법을 채택함으로써, 장시간 연마를 연속해서 행하여도 연마 효율의 저하가 극히 적다. 또한, 연마액(연마액H)으로서 알칼리 수용액을 사용하며, 또한 연마재로부터의 숫돌 입자(숫돌 입자 I)의 탈락도 매우 적으므로, 연마액(연마액H)을 간단한 재생 장치로 여과하는 것만으로 재활용이 가능하다.

(제 1 실시형태)

본 발명의 연마재는 하기와 같이 하여 제조할 수 있다.

상기한 유기 이소시아네이트 화합물(성분A), 유기 폴리올(성분B), 발포제(성분D), 촉매, 정포제, 및 입자(성분E)로 이루어진 혼합물을 교반하고, 원료 조성액중에 입자(성분E)를 균일하게 분산시킨다.

한편, 이 경우, 평균 분자량이 250~4,000인 유기 폴리올(성분B), 발포제(성분D), 촉매, 정포제, 및 입자(성분E)로 이루어진 혼합물에 대해, 유기 이소시아네이트 화합물(성분A)을 첨가하여 교반 혼합하는 방법이 특히 바람직하다.

또한, 원료(입자(성분E) 및 유기 폴리올(성분B) 제외)를 소정량 배합하여 액상의 조성물을 제조하고, 여기에 화학적으로 안정적인 유기 폴리올(성분B)에 입자(성분E)를 배합하여 충분히 혼합 교반한 혼합액을 첨가하는 방법도 바람직하다.

이어서, 소정의 치수 형상을 한 금형에 상기 원료 조성물을 주형하고, 소정 시간 가열한다. 원료 조성물은 경화와 동시에 발포한다. 경화 완료후, 발포한 연마재를 금형에서 빼내어, 본 발명의 연마재를 얻을 수 있다.

한편, 반응 사출 성형법을 채택하는 경우에는, 원료 혼합물을 수지 게이트에서 금형내에 사출하고, 상기 금형내에서 비교적 단시간에 가열 경화하여 성형물을 얻는다.

연마재로서, 특히, JISK6253-1997/ISO7619에서 규정된 표면 경도는 20~150℃의 온도 범위에서 쇼어(shore) D20~85가 적합하다. 쇼어 D경도가 20미만에서는 연마 효율이 나빠지고, 85를 넘으면, (거칠어지기 때문에) 스크래치가 생기기 쉽기 때문이다.

(제 2 실시형태)

도 2에 나타낸 바와 같이, 제 2 실시형태에서의 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)의 표면에는 홈 가공(16a, 16b)이 시행된다. 관련된 홈 가공은, 연마액을, 고정 숫돌 입자 연마 패드의 전체(특히 중심 부근)에 효율적으로 균일하게 미치게하기 위함이다.

이로 인해, 웨이퍼면내의 평탄화, 연마율의 향상, 국부적인 온도 상승에 의한 열팽창의 방지 등을 꾀할 수 있다. 예를 들어, 도 2(a)에 나타낸 바와 같은 방사상의 홈 가공이나, 도 2(b)에 나타낸 바와 같은 격자상의 홈 가공을 시행할 수 있다.

도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)에 방사상 홈(16a)을 형성하는 경우에는, 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)의 중심점에 있어서 방사상으로 16~32분할(중심각 22.5°~11.25°로 분할)하는 것이 바람직하다.

또한, 그 홈 폭은, 예를 들어 1~2mm정도이며, 홈 깊이는 예를 들어 1~2mm정도가 바람직하다. 한편, 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)의 중심 근방에 있어서는, 홈(16a)이 과도하게 집중하는 것을 방지하기 위해, 중심에서 소정 범위(예를 들어 중심에서 100mm이내)에는 홈 가공을 시행하지 않는 것이 바람직하다.

또한, 도 2(b)에 나타낸 바와 같이, 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)에 격자상홈(16b)을 형성하는 경우에는, 예를 들어 15mm~30mm 간격으로 홈을 형성하는 것이바람직하다.

상기 실시형태에 있어서는, 고정 숫돌 입자 연마 패드에 방사상 또는 격자상의 홈을 형성한 예를 들어 설명했는데, 본 발명은, 이러한 예에 한정되지 않는다.

육각 형상, 물결 형상 등 적합한 방식으로 홈을 형성할 수 있다. 또한, 홈의 단면 형상을 정사각형(직사각형)으로 설명했는데, 둥근 형상, V자 형상, U자 형상등 다른 형상으로 실시할 수도 있다.

(제 3 실시형태)

이하에 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명의 바람직한 실시형태에 관해 상세히 설명한다. 한편, 본 명세서 및 도면에 있어서, 실질적으로 동일한 기능 구성을 갖는 구성요소에 관해서는, 동일 부호를 붙임으로써 중복 설명을 생략한다.

우선, 도 1에 기초하여, 제 3 실시형태에서의 고정 숫돌 입자 연마 패드가 사용되는 연마 장치의 구성에 관해 설명한다. 한편, 도 1은 본 실시형태에 관한 고정 숫돌 입자 연마 패드가 사용되는 연마 장치의 구성을 나타낸 사시도이다.

본 실시 형태에 관한 고정 숫돌 입자 연마 패드가 사용되는 연마 장치(10)는, 도 1에 나타낸 바와 같이, 모터(12)에 의해 회전 가능한 연마 테이블(14)과, 연마 테이블(14)상에 설치된 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)와, 유지 기판(30)의 연마면을 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)에 내리 누르는 기판 유지부(20)와, 기판 유지부(20)를 회전, 가압 구동시키는 기판 유지부 구동수단(18)과, 연마 테이블(14)상에 연마액(25)을 공급하는 연마액 공급구(24)등으로 구성된다.

연마 테이블(14)은, 예를 들어, 스테인리스강, 세라믹스등으로 형성된 대략원반 형상의 테이블이며, 상면에 예를 들어 평활한 수평면을 갖는다. 상기 연마 테이블(14)은, 예를 들어 그 하방의 장치내에 설치된 모터(12)의 구동력이 스핀들(26), 변속기(미도시)등을 통해 전달됨으로써, 도 1의 굵은 화살표 방향으로 소정 속도(예를 들어 40rpm)로 회전한다.

한편, 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)는, 연마 테이블(14)상에 최대한 평탄해지도록 점착되고, 연마 테이블(14)의 회전에 따라 기판(30)에 대해 회전 운동하며, 연마액 공급구(24)에서 공급된 연마액(25)을 통해, 기판(30)의 연마면이 연마된다.

이러한 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)의 상세한 설명은 후술한다.

기판 유지부 구동 수단(18)은, 로드(28)를 통해 기판 유지부(20)를 가압하면서 회전시키는 기구이며, 예를 들어 모터 및 실린더(미도시)등으로 이루어진다.

즉, 예를 들어, 가압 기구인 실린더에 의해, 기판(30)을 유지한 기판 유지부(20)를 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)에 대해 예를 들어 수직 방향으로 내리누름과 동시에, 회전 기구인 모터에 의해 기판 유지부(20)를 도 1의 가는 화살표 방향으로 회전시킬 수 있다. 또한, 기판 유지부(20)를 임의의 대략 수평 방향으로 요동시키는 것이 가능하도록 기판 유지부 구동 수단(18)을 구성해도 된다.

또한, 기판 유지부(연마 패드, 캐리어라고도 불린다)(20)는, 전체가 대략 원주 형상을 갖고, 연마 테이블(14)의 상방으로 회전 가능하게 설치된다. 이러한 기판 유지부(20)는, 유지부 구동수단(18)과 로드(28)를 통해 연결되며, 하면에는 기판(30)의 옆으로 벗어남을 방지하기 위한 링(리테이너 링)을 구비한다.

통상의 연마시에 있어서는, 기판 유지부(20)는, 기판(30)를 유지한 상태에서회전하면서, 기판(30)의 연마면을 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)에 압압한다. 이렇게 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)에 내리눌린 기판(30)은, 반대 방향으로 회전하는 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)와 쌍방향에서 서로 문질러져, 연마면 전체가 균등하게 연마된다.

연마액 공급 노즐(24)은, 기판(30)의 연마시에, 회전하는 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)상에 연마액(25)을 공급한다. 연마액(25)은, 화학 반응성 물질을 포함한 용액이며, 연마중에 기판(30)과 고정 숫돌 입자 연마 패드(16)의 사이에 들어가기판(30)의 연마면과 화학적으로 반응하면서 고정밀도로 평활화된다.

한편, 본 실시형태에 관한 연마 장치에는, 기판 유지부(연마 패드)(20), 연마 테이블(14), 연마액 공급 노즐(24)에는, 각각 온도 조절 장치(미도시)가 설치되어, 상기 개소의 온도를 적절히 설정함으로써, 보다 바람직하게 연마를 실행할 수 있다.

이러한 연마액은, pH 10 이상인 알칼리 수용액인 것이 바람직하다.

이는, 실시예 2에 나타낸 바와 같이, pH 10 미만의 연마액을 사용하면 연마 효율이 현저히 저하하기 때문이다.

이렇게, 본 실시형태에 관한 연마액으로서 알칼리액이 사용되므로, 간단한 재생장치로 여과하는 것만으로 재이용할 수 있다. 예를 들어 산화나트륨, 수산화 칼륨으로 조정된 알칼리 용액을 사용하는 경우에는, 중화 장치등을 사용하여 더욱 간단히 폐액 처리할 수 있다. 이와 같이, 연마액의 재이용도 간단히 실현할 수 있으므로, 환경에 기여할 수 있다. 본 실시형태에 관한 연마액(알칼리 용액)은, 예를들어 수산화나트륨, 수산화칼륨, 아민, 암모니아등에 의해 조정할 수 있다. 또한, 연마액은, 20~150℃의 온도 범위에서 조정되어, 20~150℃의 온도 범위에서 연마되는 것이 바람직하다.

실시예

이어서, 상기 실시형태에 기초하여, 각종 폴리우레탄 연마 패드를 제작하고, 각종 연마액을 사용하여, 피연마물(실리콘 웨이퍼)의 연마 효율등의 평가를 실시했으므로, 이하에 구체적으로 설명한다.

실시예 1, 비교예 1,2

고정 숫돌 입자 연마 패드로서, 실시예 1에서는, 본 발명의 폴리우레탄 연마 패드를, 비교예 1에서는 알루미나 숫돌 입자가 함유된 폴리우레탄 연마 패드를, 비교예 3으로 하여, 종래부터 시판되고 있는 고정 숫돌 입자 연마 패드를 사용했다.

실시예 1에서 사용한 연마 입자는, 콜로이드성 실리카(FUSO 화학(주) 제조, 상품명: 크오트론SP-4B)이며, 비교예 1에서 사용한 연마 입자는 알루미나((주)후지미인코포레이티드 제조, 상품명:WA#3000)이다.

또한, 비교예 2의 시판 고정 숫돌 입자 연마 패드는 (주)노리타케 컴퍼니 제조, 연마 패드(상품명:FARD 패드)이다.

한편, 실시예 1 및 비교예 1에서의 연마 패드의 원료 조성 및 연마 패드의 물성을 표 1에 나타낸다.

표 1

실시예, 비교예 번호	실시예 1	비교예 1
매트릭스 수지원료조성(중량부)	유기 폴리올A	48.5	48.5
	유기 폴리올B	31.5	31,5
	유기 폴리이소시아네이트	38.3	38.3
	물	0.2	0.2
	촉매	0.7	0.7
	실리콘 정포제	0.5	0.5
연마입자(중량부)	콜로이드성 실리카	88.7	0
연마입자(중량부)	알루미늄	0	88.7
연마 패드의 물성	숫돌 입자 함유율(Vol%)	30	30
	폴리올의 평균 분자량	1500	1500
	발포배율(배)	2	2
	경도, 20℃(쇼어D)	40	39

표 1에 나타낸 바와 같이, 분자량 250~5000으로 관능기수 2~3의 폴리에테르폴리올(SANYO chemical industries(주) 제조, 상품명: 선닉스), 인시아네이트(NCO기의 함유량 31중량%, 다우·폴리우레탄사 제조, 상품명: PAPI*135), 물, 아민계 촉매(TOSOH(주)제조, 상품명: TOYOCAT-ET), 실리콘 정포제(일본 유니카(주) 제조, 상품명:L-5309)와 상기 연마 입자 재료를 표 1에 나타낸 비율(중량부)로 배합하여, 액상 혼합물을 조정했다. 상기 액상 혼합물을 금형으로 주입하여, 20~30℃의 실온에서 24시간 방치하고, 발포 경화시켜, 폴리우레탄 연마 패드를 제작했다.

상기 폴리우레탄 연마 패드를 연마기의 받침에 점착 테이프로 붙이고, 다이아몬드를 전착한 수정 링으로, 폴리우레탄 연마 패드의 표면을 수정하고, 발포 구조가 표면에 노출된 두께 9mm의 폴리우레탄 연마 패드를 얻었다.

비교예 1에서 사용한 연마 패드는 실시예 1에서의 콜로이드성 실리카를 알루미나로 바꾼 것 외에는 실시예 1과 같은 방법에 의해 연마 패드를 제작했다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 폴리우레탄 연마 패드에 피연마물(실리콘 웨이퍼)을 압압하고, 폴리우레탄 연마 패드와 피연마물의 사이에 연마액을 공급하면서, 폴리우레탄 연마 패드와 피연마물(실리콘 웨이퍼)의 상대 운동에 의해 피연마물(실리콘 웨이퍼)을 연마 가공했다.

연마 조건은 하기와 같다.

연마 압력:300g/cm²

정반 회전수:40rpm

또한, 폴리우레탄 연마 패드의 경도는, JISK6253-1997/IS07619로 규정된 쇼어 D 경도계를 이용하여 측정했다. 발포 배율은, 미발포 경화물 D1과 실시예 1에서 제작한 폴리우레탄 연마 패드의 밀도 D2를 이용하여, D1/D2로 했다.

연마 효율은, 연마 가공시에 1분 당 중량 변화를 측정하여 두께의 변화를 계산함으로써 산출했다. 표면의 거칠기는 표면 측정기(KOSAKA 연구소 제조, 상품명:surfcoder 3500)를 이용하여 측정했다.

폐액의 평가는, 보류 입자 지름 1㎛의 여과지에 의해 폐액을 여과하고, 여과후의 폐액의 상태를 관찰했다. 여과후의 폐액을 직경 10mm의 시험관에 넣어, 반대측에 신문지의 활자를 읽을 수 있으면 양호하고, 읽을 수 없으면 불량하다고 했다.

평가 결과를 도 3 및 표 2에 나타낸다.

표 2

실시예,비교예 번호	실시예 1	비교예 1	비교예 3
연마가능시간(hr)	333	80	10
연마효율	333시간 연속 연마해도 연마효율은 거의 일정했다	연마를 행할때마다 연마효율은 저하했다.80시간 이후의 연속 연마는 불가능했다.	연마를 행할때마다 연마효율이 현저히 저하했다.10시간 이후의 연속연마는 불가능했다.
숫돌 입자 상태	숫돌 입자의 탈락 없음	숫돌 입자의 탈락 있음	숫돌 입자의 탈락 있음

도 3 및 표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실리카 숫돌 입자가 함유된 폴리우레탄 연마 패드의 경우에는, 333시간 연속 연마를 실행해도 연마 효율은 일정했다. 또한, 연마시의 숫돌 입자의 탈락은 확인할 수 없었다. 통상, 1장의 실리콘 웨이퍼의 연마 시간은, 예를 들어 10분/장이므로, 333시간 연속 연마를 실행했다 고 하면 약 2000장의 실리콘 웨이퍼를 연속적으로 연마 가능하다.

한편, 폐액의 평가는 양호했다.

비교예 1의 알루미나 숫돌 입자 함유 폴리우레탄 연마 패드의 경우에는, 연마 시간의 경과에 따라 연마 효율이 저하하고, 80시간에 연마가 불가능한 상태가 되었다. 1장째의 실리콘 웨이퍼 연마는 통상 실행할 수 있었으나, 2장째의 실리콘 웨이퍼 연마시에는 연마 효율이 현저히 저하했다.

비교예 3의 종래의 고정 숫돌 입자 연마 패드의 경우에는, 연마를 개시한 나머지 단에 연마 효율이 현저히 떨어져, 10시간에 연마가 불가능해졌다. 1장째의 실리콘 웨이퍼 연마는 통상 실행할 수 있었으나, 2장째의 실리콘 웨이퍼 연마시 연마 효율이 거의 제로였다.

상기 실시예 1에 있어서, 연마 입자 재료로서 콜로이드성 실리카, 매트릭스수지에 우레탄을 이용하여 제작한 고정 숫돌 입자 연마 패드를 사용한 경우에는, 실리콘 웨이퍼를 333시간 연속 연마하여도 연마 효율이 일정하게 유지되는 것이 확인되었다. 종래의 고정 숫돌 입자 연마 패드를 사용한 방법은, 10분 정도의 연마로 드레스가 필요했던 것을 생각하면, 연속 연마 시간이 비약적으로 상승하는 것이 이해된다. 더욱이, 고정 숫돌 입자 연마 패드의 두께는 감소하지 않고, 숫돌 입자는 전혀 탈락하지 않았다. 따라서, 연마후의 폐액에는 피연마물인 실리콘과 알칼리 용액밖에 배출되지 않으므로, 환경에 악영향을 끼침 없이 간단하고 쉽게 폐액 처리를 할 수 있다.

실시예 2

폴리올A로서, 분자량 600의 글리세린계 폴리에테르폴리올(SANYO chemical industries(주)제조, 상품명:GP-600), 폴리올B로서 분자량 3000의 글리세린계 폴리에테르폴리올(SANYO chemical industries(주)제조, 상품명: GP-3000), 유기 폴리이소시아네이트(다우폴리우레탄사 제조, 상품명:PARI*135)를 사용하고, 촉매(TOSOH(주)제조, 상품명:TOYOCAT-ET), 정포제(일본 유니카(주)제조, 상품명:L-5309), 및 연마 입자로서 실시예 1에서 사용했던 것과 같은 콜로이드성 실리카를 사용했다.

이들을 표 3에 나타낸 배합으로 혼합하여, 주형법에 따라 상온에서 경화시켜 연마재를 얻었다. 얻어진 발포 배율, 경도, 거칠기등을 표 3에 기재한다.

피연마물(실리콘 웨이퍼)을 이하의 조건으로, 연마액의 pH를 9.5~13.5로 하여 연마했다. 결과를 표 3에 나타낸다.

연마조건은 하기와 같다.

연마 압력:300g/cm²

정반 회전수:40rpm

표 3

실시예 번호	실시예 2
매트릭스 수지 원료 조성(중량부)	유기폴리올A	71.6
	유기폴리올B	8.4
	유기폴리이소시아네이트	52.5
	물	0.2
	촉매	0.7
	실리콘 정포제	0.5
연마입자(중량부)	콜로이드성 실리카	90.1
연마입자(중량부)
연마패드의 물성	숫돌 입자 함유율(Vol%)	30
	발포배율(배)	2
	경도, 20℃(쇼어D)	70
	거칠기(Ry)[nm]	30
연마 효율[㎛/min]	연마액pH	연마효율
	9.5	0.01
	10	0.1
	10.5	0.15
	11	0.2
	11.5	0.3
	12	0.4
	12.5	0.45
	13	0.47
	13.5	0.48

표 3에서, 연마액의 pH는 10이상인 것이 바람직하고, pH 10 미만의 연마액을 사용하면 연마 효율이 현저히 저하하는 것을 알 수 있다

이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태에 관해 설명했는데, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다. 당업자라면 특허 청구 범위에 기재된 기술적 사상의 범주내에 있어서 각종 변경예 또는 수정예를 유추할 수 있음이 분명하며, 이들도 당연히 본 발명의 기술적 범위에 속한다고 이해된다.

본 발명의 연마재에 있어서, 매트릭스 수지와 숫돌 입자의 사이에서 화학적 결합이 발현되므로, 매트릭스 수지와 숫돌 입자 사이의 결합력이 대폭 향상되는 결과, 매트릭스 수지에서 숫돌 입자가 탈락하는 일은 거의 없다. 이로 인해, 연마재의 자발인 작용이 발휘되지 않아도 장시간의 연속 연마를 행할 수 있다. 또한, 장시간 연속 연마해도 숫돌 입자가 거의 소모되지 않고 폐액(연마액)에는 숫돌 입자가 거의 포함되지 않으므로, 환경에 악영향을 끼치지 않고 간단한 여과 수단등에 의해 쉽게 재이용할 수 있다.

Claims

적어도 (1) 매트릭스 수지 원료로서 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 및 유기 폴리올(성분B)과 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 (2) 연마 입자(성분E)를 포함한 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어진 연마재에 있어서, 상기 입자(성분E)가, (a) 입자중의 수산기 양(중화 적정법에 의한 측정치) 0.001m몰/g이상인 입자(성분E1), 및/또는 발연 실리카, 콜로이드성 실리카, 발연 알루미나, 콜로이드성 알루미나, 베마이트와 바이어라이트에서 선택된 적어도 1종류 이상(성분E2)인 것을 특징으로 하는 연마재.
제 1 항에 있어서,

매트릭스 수지(수지F)가 적어도 우레탄 결합을 갖는 수지인 연마재.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

매트릭스 수지 원료가 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 발포제(성분D)를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마재.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

매트릭스 수지 원료가 유기 폴리이소시아네이트(성분A), 유기 폴리올(성분B)과 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 유기 폴리카르복시산(성분J)인 연마재.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

매트릭스 수지(수지F)가 우레탄 결합, 우레아 결합, 및 아미드 결합 중 어느 1종 이상을 갖는 수지인 연마재.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

발포 배율이 1.1 내지 5배인 연마재.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

입자(성분E)가 콜로이드성 실리카인 연마재.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,

입자(성분E1)중의 수산기 양이 0.01 내지 6m몰/g(중화 적정법에 의한 측정치)인 연마재.
제 1 항 내지 제 6 항, 및 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,

수산기를 갖는 입자(성분E1)가 수산기가 부여된, 다이아몬드, 입방 결정 질화붕소, 지르코니아, 세리아, 산화 망간, 산화 티탄, 탄산 칼슘, 탄산 바륨, 산화마그네슘, 알루미나실리카, 및 탄화 규소에서 선택된 1종 이상인 연마재.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,

매트릭스 수지(수지F)가 연마재 중에 60 내지 95 중량% 포함되는 것을 특징으로 하는 연마재.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,

연마재가 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A), 유기 폴리올(성분B), 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 발포제(성분D), 촉매, 및 입자(성분E)를 포함한 원료를 중합 반응에 의해 경화시켜 얻어진 발포체인 연마재.
제 11 항에 있어서,

연마재가 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 발포제(성분D), 촉매, 및 입자(성분E)로 이루어진 혼합물에, 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A)을 가하여 교반 혼합하여 중합 반응에 의해 경화·성형된 것을 특징으로 하는 연마재.
제 11 항에 있어서,

연마재가 유기 폴리이소시아네이트 화합물(성분A), 발포제(성분D), 및 촉매로 이루어진 혼합물에, 유기 폴리올(성분B) 및 유기 폴리아민(성분C)에서 선택된 1종 이상, 및 입자(성분E)로 이루어진 혼합물을 가하여 교반 혼합하여 중합 반응에 의해 경화·성형된 것을 특징으로 하는 연마재.
제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 기재된 연마재를 연마 테이블에 장착하여 이루어진 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)에 있어서, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 피연마물 유지부 사이에서 피연마물을 압압하고, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물 사이에 연마액(연마액H)을 공급하면서, 상기 피연마물과의 상대 운동에 의해 상기 피연마물을 연마하기 위한 고정 숫돌 입자 연마 패드.
제 14 항에 있어서,

고정 숫돌 입자 연마 패드가 중심점에서 원주 방향을 향해 방사상 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 고정 숫돌 입자 연마 패드.
제 14 항에 있어서,

고정 숫돌 입자 연마 패드가 격자상 홈을 갖는 것을 특징으로 하는 고정 숫돌 입자 연마 패드.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 연마재로 이루어진 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)를 연마 테이블상에 장착하고, 고정 숫돌 입자 연마패드(연마 패드G)와 피연마물 유지부 사이에서 피연마물을 압압하고, 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물 사이에 연마액(연마액H)을 공급하면서 고정 숫돌 입자 연마 패드(연마 패드G)와 상기 피연마물의 상대 운동에 의해 피연마물을 연마하는 방법인 것을 특징으로 하는 피연마물의 연마 방법.
제 17 항에 있어서,

연마액(연마액H)이 알칼리 수용액인 피연마물의 연마 방법.
제 18 항에 있어서,

알칼리 수용액이 pH 10 이상인 피연마물의 연마 방법.