KR20060053261A

KR20060053261A - 연마 패드

Info

Publication number: KR20060053261A
Application number: KR1020050096583A
Authority: KR
Inventors: 후지오 사꾸라이; 도모오 고우무라; 요시노리 이가라시
Original assignee: 제이에스알 가부시끼가이샤
Priority date: 2004-10-14
Filing date: 2005-10-13
Publication date: 2006-05-19
Also published as: JP2006111700A; TW200631999A; US20060084365A1; JP4475404B2; EP1647359B1; TWI379853B; CN1760240B; US7217179B2; CN1760240A; KR101189349B1; DE602005004220D1; EP1647359A1; DE602005004220T2

Abstract

본 발명은 특정한 조성을 가지고, 30℃에서의 저장 탄성 계수/60℃에서의 저장 탄성 계수의 비율이 2 내지 15이고 30℃에서의 저장 탄성 계수/90℃에서의 저장 탄성 계수의 비율이 4 내지 20이며 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아로 제조된 연마층을 갖는 연마 패드를 제공한다. 상기 연마 패드는 피연마면의 스크래치 발생을 억제하고 피연마면을 효율적으로 평탄화한다. 수용성 입자를 함유하는 연마층을 갖는 연마 패드는 더욱 높은 연마 속도를 달성할 수 있다.

연마 패드, 연마층, 폴리우레탄, 폴리우레탄-우레아, 수용성 입자, 저장 탄성 계수, 스크래치 발생

Description

연마 패드 {Polishing Pad}

본 발명은 연마 패드에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 특정 조성의 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아로 제조된 연마층을 가지고, 과격한 연마 조건하의 고온에서 연마층이 적절하게 연화되어 이물질에 의한 피연마면의 손상을 완화시킬 수 있는 연마 패드에 관한 것이다. 상기 패드는 반도체 웨이퍼 등의 표면 연마에 유리하게 이용될 수 있다.

극도로 평평한 표면을 형성할 수 있는 연마 기술로서 CMP (Chemical Mechanical Polishing)가 크게 주목받고 있다. CMP는, 지립(砥粒)의 수성 분산물로서의 슬러리가 연마 패드 표면의 상부로부터 아래로 흐르게 하면서 연마 패드와 피연마면이 슬라이딩되어 서로 접촉하게 하여 수행된다. 표면 연마시에 발생된 마찰열에 의해 연마 패드 표면의 온도가 높아져서 연마 성능이 변동되는 것을 억제하기 위해서, 온도 변화를 통해 연마 패드의 탄성 계수 변동을 억제하는 것이 제안되어 있다 (미국 특허 제6,293,852호 및 미국 특허 제6,454,634호 참조). 그러나, 연마로 인해 발생된 가루 및 슬러리에 함유된 지립의 응집물 등과 같은 이물질에 의해 피연마면에 스크래치가 발생하기 쉬운 높은 연마 압력이나 높은 회전수 등과 같은 과격한 연마 조건하에서는 연마 패드의 탄성 계수가 지나치게 높기 때문에, 이물질에 의한 피연마면의 손상을 완화시키기가 어렵다.

CMP의 생산성을 크게 좌우하는 인자 중 하나는 연마 속도이다. 연마 패드상에 가해진 슬러리의 양을 증가시키면 연마 속도가 크게 개선될 수 있다고 되어 있다. 종래의 CMP에서는, 미세한 기포를 함유하는 폴리우레탄 발포체를 연마 패드로서 이용하여 상기 수지 발포체 표면의 개구 구멍 (이하, 「공극」라 지칭함)에 슬러리를 유지시켜 연마를 수행해 왔다.

그러나, 폴리우레탄 발포체에서는 발포를 자유롭게 제어하기가 어렵고, 또한 공극의 크기와 밀도를 발포체의 전역에 걸쳐 균일하게 제어하기가 매우 어렵다. 이 결과, 폴리우레탄 발포체로 구성된 연마 패드의 품질, 연마 속도 및 가공 상태에 변동이 초래된다.

수지 중에 가용물을 분산시켜 수득한 연마 패드가 발포에 의한 공극의 제어를 쉽게 행할 수 있는 연마 패드라고 공지되어 있다 (JP-A 8-500622, JP-A 2000-33552, JP-A 2000-34416 및 JP-A 2001-334455) (본원에서 사용된 바와 같이, "JP-A"라는 용어는 "심사전의 공개된 일본 특허 출원"을 의미함). 이 중에서도 JP-A 8-500622 및 JP-A 2000-33552에는 가용물을 함유하는 연마 패드의 유효성이 시사되어 있다. 그러나, 이들 연마 패드를 실제로 사용한 경우의 매트릭스에 관한 연구는 행해지지 않았다.

또한, JP-A 2000-34416 및 JP-A 2001-334455에서는 연마 패드의 구성 재료 에 대한 연구가 행해져서 안정적인 연마 및 연마 속도의 개선이 관찰되었다. 그러나, 실제 연마 작업에서는 더욱 안정적인 연마 및 슬러리의 유지성 및 연마 속도에 있어서의 추가의 개선이 요구되고 있다.

또한, 연마 대상체의 평탄화성에서도 더욱 개선이 필요하다.

본 발명은 이러한 사정을 감안하여 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 목적은, 온도 상승에 따라 연마층의 탄성 계수가 적절하게 저하되는 경향이 있어서 이물질에 의한 피연마면의 손상이 문제가 되는 과격한 연마 조건하에서의 스크래치 발생이 거의 없으면서 연마의 안정성과 슬러리 유지성이 우수하고 연마 속도가 높으며 피연마체의 평탄화성도 우수한 연마 패드를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은, 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

첫째, 본 발명에 따라 본 발명의 상기 목적 및 이점은

이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A, 및

이소시아네이트기와 반응할 수 있는 활성 수소-함유기를 분자 내에 2개 이상 가지며, (a) 수평균 분자량이 300 이하인 쇄 연장제 50 내지 100 중량％ 및 수평균 분자량이 300 초과인 쇄 연장제 50 내지 0 중량％로 이루어지고 (b) 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유기를 갖는 쇄 연장제 20 내지 100 중량％ 및 분자 내에 2개의 활성 수소-함유기를 갖는 쇄 연장제 80 내지 0 중량％로 이루어지는 상기 (a) 및 (b)의 조건을 충족시키는 쇄 연장제 B

의 혼합물의 경화 반응 생성물인 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아로 제조 된 연마층을 가지며, 30℃에서의 저장 탄성 계수/60℃에서의 저장 탄성 계수의 비율은 2 내지 15이고 30℃에서의 저장 탄성 계수/90℃에서의 저장 탄성 계수의 비율은 4 내지 20인 연마 패드에 의해 달성된다.

둘째, 본 발명에 따라 본 발명의 상기 목적 및 이점은 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아로 제조된 중합체 매트릭스 중에 수용성 입자가 분산되어 함유된 연마층을 갖는 연마 패드에 의해서 달성된다.

발명의 상세한 설명

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

연마 패드가 대상체의 피연마면상의 볼록부를 우선적으로 연마하면서 표면의 오목부는 거의 연마하지 않으며, 연마 종료시에는 피연마면 전체가 평활해져야 한다는 것은 중요하다. 따라서, 연마 패드의 표면이 변형되어 피연마면의 오목부로 밀고 들어가지 않도록, 연마 패드에는 비교적 높은 경도가 요구되고 있다. 한편, 연마 패드의 경도가 높으면 그의 변형성은 열등하기 때문에, 연마로 인해 발생된 가루 및 슬러리에 함유된 지립의 응집물 등과 같은 이물질로 인한 피연마면의 손상 (스크래치)이 증가하고, 따라서 허용되는 제품의 수율이 저하된다. 종래의 연마 패드를 사용하는 경우에는 높은 평탄화성과 스크래치 발생의 억제를 동시에 달성하기가 어렵다. 본 발명의 연마 패드의 연마층은, 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체와 쇄 연장제를 반응시켜 수득되는 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아를 중합체 매트릭스로 하여 제조된다. 쇄 연장제 중에 수평균 분자량 300 이 하의 성분 및 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유기를 함유하는 성분을 원료로 하여 특정한 비율로 사용하면, 중합체 매트릭스의 저장 탄성 계수를 고온에서 적당한 값으로 저하시킬 수 있게 된다. 저장 탄성 계수의 적절한 온도-의존적 변화에 의해 이물질이 연마층을 강하게 문지를 때 발생되는 열로 인해 중합체 매트릭스가 쉽고 빠르게 연화되고 변형되기 때문에, 이물질에 의한 피연마면의 손상을 억제할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 연마층은 스크래치 발생의 억제 효과 (수율 개선)가 우수하다. 이물질과 접촉하지 않는 부분의 연마층은 온도가 비교적 낮기 때문에 중합체 매트릭스가 경질이어서, 피연마체의 평탄화성이 높아진다.

연마 패드에는, 연마시에 슬러리를 유지하고 연마로 인해 발생된 가루를 일시적으로 체류시키는 기능을 갖는 공극이 연마시까지 형성되어 있어야 바람직하다. 본 발명의 또하나의 실시양태에 따른 연마 패드는, 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아인 중합체 매트릭스를 포함하는 연마층을 가지며 상기 중합체 매트릭스 중에는 수용성 입자가 분산되어 있으며 상기한 탄성 계수 변화 특성을 갖는다. 상기 수용성 입자는 연마시에 매질 및 고형분을 함유하는 슬러리와 접촉하게 되면 물에 용해되거나 또는 물에 의해 팽윤되어 제거되면서 공극이 형성된다. 상기한 구조를 취함으로써 연마에 필요한 슬러리를 유지하는 패드 표면층에 슬러리 유지에 적절한 크기의 균일성이 우수한 공극이 형성되면서 패드 내부는 수용성 입자가 존재하는 비다공성 구조이기 때문에, 경도가 높고 압축 강도가 크며 피연마체에 대한 평탄화성이 우수한 연마 패드가 수득될 수 있다. 본 발명에서는 파단 강도 및 내마모성이 우수한 중합체 매트릭스가 수득되기 때문에 연마시에 피연마체로부터 연마 패드 에 부가되는 압력 및 다이아몬드 드레서에 의한 드레싱 처리 등과 같은 외력에 의해 패드 표면이 변형되고 마모되는 것을 억제할 수 있고, 따라서 연마의 안정성 및 슬러리 유지성이 우수하고 연마 속도가 높은 연마 패드를 수득할 수 있다.

이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A

본 발명에 사용되는 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A는, 분자 내에 2개 이상의 OH기를 갖는 화합물 Y를 분자 내에 2개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트와 이소시아네이트기/OH기의 당량비를 바람직하게는 2 이상, 더욱 바람직하게는 2 내지 5, 가장 바람직하게는 2.1 내지 4로 하여 반응시켜서 수득된다. 상기한 당량비가 2 미만이 되는 경우에는, 수득되는 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체의 분자량이 증가하게 되어 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체의 점도가 상승된다. 따라서, 가열 온도를 더 높여야 한다. 이것은 폴리우레탄 매트릭스 성형시의 조건을 제어하기 어렵게 하여, 수득되는 연마 패드의 성능이 불안정해진다. 상기한 당량비가 5 초과가 되는 경우에는, 수득되는 중합체 매트릭스에서 온도 상승에 따른 탄성 계수 저하가 과도해지기 때문에, 연마 패드의 연마 성능 변동이 커져서 연마를 불안정하게 하므로 불리하다.

수득되는 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A는 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체를 주성분으로 하는 것이지만, 분자 내에 2개 이상의 OH기를 갖는 화합물 Y 또는 분자 내에 2개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 폴리이소시아네이트 등과 같은 미반응 원료를 함유할 수도 있다.

이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A를 합성하기 위해서는, 온도를 50 내지 90℃로 상승시키거나, 필요에 따라서는 3급 아민 또는 유기 주석 등과 같은 금속계 촉매를 반응 촉매로서 병용할 수 있다. 분자 내에 2개 이상의 OH기를 갖는 화합물 Y의 예로는 1개 분자의 양쪽 말단에 OH기를 갖는 디올 화합물, 1개 분자에 3개 이상의 OH기를 갖는 다관능성 폴리올 및 1개 분자에 2개 이상의 OH기를 갖는 다관능성 저분자량 알콜 등이 있다.

1개 분자의 양쪽 말단에 2개의 OH기를 갖는 디올 화합물로는 폴리에테르 디올, 예를 들어 지방족 폴리에테르 디올, 지환족 폴리에테르 디올 및 방향족 폴리에테르 디올, 폴리에스테르 디올, 폴리카르보네이트 디올, 폴리카프롤락톤 디올, 디올과 폴리이소시아네이트와의 반응으로 합성되는 폴리올 및 기타 폴리올 등이 있다. 이들 폴리올은 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.

지방족 폴리에테르 디올로는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 폴리헥사메틸렌 글리콜, 폴리헵타메틸렌 글리콜, 폴리데카메틸렌 글리콜 및 2종 이상의 이온 중합가능한 고리형 화합물을 개환 공중합시켜 수득되는 폴리에테르 디올 등이 있다.

상기한 이온 중합가능한 고리형 화합물의 예로는 에틸렌 옥시드, 프로필렌 옥시드, 부텐-1-옥시드, 이소부텐옥시드, 3,3-비스클로로메틸옥세탄, 테트라히드로푸란, 2-메틸테트라히드로푸란, 3-메틸테트라히드로푸란, 디옥산, 트리옥산, 테트라옥산, 시클로헥센 옥시드, 스티렌 옥시드, 에피클로로히드린, 글리시딜 메타크릴레이트, 알릴 글리시딜 에테르, 알릴 글리시딜 카르보네이트, 부타디엔 모노옥시 드, 이소프렌 모노옥시드, 비닐 옥세탄, 비닐 테트라히드로푸란, 비닐 시클로헥센 옥시드 및 고리형 에테르, 예를 들어 페닐 글리시딜 에테르, 부틸 글리시딜 에테르 및 글리시딜 벤조에이트 등이 있다.

2종 이상의 이온 중합가능한 고리형 화합물을 개환 공중합시켜 수득되는 폴리에테르 디올로는 테트라히드로푸란과 프로필렌 옥시드의 조합, 테트라히드로푸란과 2-메틸테트라히드로푸란의 조합, 테트라히드로푸란과 3-메틸테트라히드로푸란의 조합, 테트라히드로푸란과 에틸렌 옥시드의 조합, 프로필렌 옥시드와 에틸렌 옥시드의 조합 및 부텐-1-옥시드와 에틸렌 옥시드의 조합에 의해 수득되는 공중합체 디올; 및 테트라히드로푸란, 부텐-1-옥시드 및 에틸렌 옥시드의 조합에 의해 수득되는 3원공중합체 디올 등이 있다.

상기한 이온 중합가능한 고리형 화합물 및 고리형 이민, 예를 들어 에틸렌 이민, 고리형 락톤산, 예를 들어 β-프로피올락톤 또는 락티드 글리콜레이트, 또는 디메틸시클로폴리실록산을 개환 공중합시켜 수득되는 폴리에테르 디올을 사용할 수도 있다. 상기 지방족 폴리에테르 디올의 시판품으로는 PTMG650, PTMG1000 및 PTMG2000 (이상, 미쯔비시 케미칼 코포레이션(Mitsubishi Chemical Corporation) 제품), P400 및 P1000 (이상, 아사히 덴까 컴파니 리미티드(Asahi Denka Co., Ltd.) 제품), 엑세놀(Exenol) 720, 1020 및 2020 (이상, 아사히 글래스 우레탄 컴파니 리미티드(Asahi Glass Urethane Co., Ltd.) 제품), PEG1000, 유니세이프(Unisafe) DC1100 및 DC1800 (이상, NOF 코포레이션(NOF Corporation) 제품), PTG2000, PTG1000, PTG400 및 PTGL2000 (이상, 호도가야 케미칼 컴파니 리미티드 (Hodogaya Chemical Co., Ltd.) 제품), Z-3001-4, Z-3001-5, PBG2000A, PBG2000B, EO/BO4000 및 EO/BO2000 (이상, 다이-이찌 고교 세이야꾸 컴파니 리미티드(Dai-Ichi Kogyo Seiyaku Co., Ltd.) 제품) 및 폴리 THF 250, 폴리 THF 650, 폴리 THF 1000, 폴리 THF 1800 및 폴리 THF 2000 (이상, 바스프 재팬 컴파니 리미티드(BASF Japan Co., Ltd.) 제품) 등이 있다.

지환족 폴리에테르 디올로는 수소첨가 비스페놀 A의 알킬렌 옥시드 부가 디올, 수소첨가 비스페놀 F의 알킬렌 옥시드 부가 디올 및 1,4-시클로헥산디올의 알킬렌 옥시드 부가 디올 등이 있다. 또한, 방향족 폴리에테르 디올로는 비스페놀 A의 알킬렌 옥시드 부가 디올, 비스페놀 F의 알킬렌 옥시드 부가 디올, 히드로퀴논의 알킬렌 옥시드 부가 디올, 나프토히드로퀴논의 알킬렌 옥시드 부가 디올 및 안트라히드로퀴논의 알킬렌 옥시드 부가 디올 등이 있다. 상기한 방향족 폴리에테르 디올의 시판품으로는 유니올(Uniol) DA400, DA700, DA1000 및 DA4000 (이상, NOF 코포레이션 제품) 등이 있다.

폴리에스테르 디올은 다가 알콜을 다염기산과 반응시켜 수득된다. 상기 다가 알콜의 예로는 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,9-노난디올 및 2-메틸-1,8-옥탄디올 등이 있다. 다염기산의 예로는 프탈산, 이소프탈산, 테레프탈산, 말레산, 푸마르산, 아디프산 및 세바크산 등이 있다.

상기한 폴리에스테르 디올의 시판품으로는 쿠라폴(Kurapol) P-2010, P-1010, L-2010, L-1010, A-2010, A-1010, F-2020 및 F-1010, PMIPA-2000, PKA-A, PNOA-2010 및 PNOA-101 (이상, 쿠라레 컴파니 리미티드(Kuraray Co., Ltd.) 제품) 등이 있다.

폴리카르보네이트 디올로는 폴리테트라히드로푸란의 폴리카르보네이트 및 1,6-헥산디올의 폴리카르보네이트 등이 있다. 폴리카르보네이트 디올의 시판품으로는 DN-980, 981, 982 및 983 (이상, 닛본 폴리우레탄 컴파니 리미티드(Nippon Polyurethane Co., Ltd.) 제품), PC-8000 (PPG 인더스트리스 인코포레이티드(PPG Industries, Inc.) 제품) 및 PC-THF-CD (바스프 아게(BASF AG) 제품) 등이 있다.

폴리카프롤락톤 디올은 ε-카프롤락톤을 디올과 반응시켜 수득된다. 상기 디올의 예로는 에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 글리콜, 프로필렌 글리콜, 폴리프로필렌 글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 폴리테트라메틸렌 글리콜, 1,2-폴리부틸렌 글리콜, 1,6-헥산디올, 네오펜틸 글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올 및 1,4-부탄디올 등이 있다. 이들 폴리카프롤락톤 디올은 프락셀(Praccel) 205, 205AL, 212, 212AL, 220 및 220AL (이상, 다이셀 케미칼 인더스트리스 리미티드(Daicel Chemical Industries, Ltd.) 제품) 등의 시판품으로서 입수할 수 있다.

1개 분자에 3개 이상의 히드록실기를 갖는 다관능성 폴리올 화합물로는 폴리에테르 폴리올, 폴리에스테르 폴리올, 폴리카르보네이트 폴리올, 폴리에테르 카르보네이트 폴리올, 폴리에스테르 카르보네이트 폴리올, 및 하기 화학식으로 표시되고 글리세린에 프로필렌 옥시드가 부가되어 수득된 삼관능성 부가 반응 생성물 등이 있다 (이들 모두는 트리올, 예를 들어 글리세린, 트리메틸올 프로판, 1,2,6- 헥산트리올 또는 트리에탄올아민, 또는 테트라올, 예를 들어 펜타에리트리톨 또는 테트라메틸올 시클로헥산을 출발 폴리올 성분으로 하여 제조됨).

(여기서, a, b 및 c는 각각 독립적으로 0 내지 100의 정수이지만, a, b 및 c가 동시에 0은 아님)

이러한 삼관능성 부가 반응 생성물은 유니올 TG330 (NOF 코포레이션 제품) 등과 같은 시판품으로서 입수할 수 있다.

1개 분자에 2개 이상의 히드록실기를 갖는 다관능성 저분자량 알콜로는 에틸렌 글리콜, 1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 1,4-비스(히드록시에톡시)벤젠 및 트리메틸올프로판 등이 있다.

1개 분자에 2개 이상의 OH기를 갖는 상기한 화합물 Y 중에서도 바람직한 것은 가수분해에 의한 중합체 분해가 억제된다는 점에서 폴리에테르 폴리올이고, 더욱 바람직한 것은 미반응 OH기의 수를 적게 하여 내수성이 개선된다는 점에서 폴리에테르 디올이다.

1개 분자에 2개 이상의 OH기를 갖는 화합물 Y의 수평균 분자량은 바람직하게는 300 내지 2,000의 범위이고, 더욱 바람직하게는 400 내지 1,500이다. 화합물 Y로서 2종 이상의 화합물을 병용할 수도 있다. 이러한 경우에 있어서 화합물 Y의 수평균 분자량은, 이들 화합물의 사용 비율과 수평균 분자량을 고려하여 구한 산술 평균값이다. 수평균 분자량이 300 미만인 경우에는 수득되는 중합체 매트릭스의 경도 및 탄성 계수가 지나치게 높아져서, 이때 수득되는 연마 패드를 사용하면 스크래치 발생이 매우 많아지는 경향이 있다. 수평균 분자량이 2,000 초과인 경우에는 수득되는 중합체 매트릭스의 경도 및 탄성 계수가 지나치게 낮아져서, 이때 수득되는 연마 패드는 평탄화성이 열등한 경향이 있다.

본 발명에 사용되는 폴리이소시아네이트로는 분자 내에 2개 이상의 이소시아네이트기를 갖는 화합물이 사용된다. 상기 폴리이소시아네이트 화합물의 예로는 방향족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트 및 폴리이소시아네이트의 변성체 등이 있다. 방향족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트로는 2,4-톨릴렌 디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌 디이소시아네이트, 페닐렌 디이소시아네이트, 크실릴렌 디이소시아네이트, 테트라메틸크실렌 디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 톨리딘 디이소시아네이트, 비스(4-이소시아네이트-3-메틸페닐)메탄, 트리페닐메탄 트리이소시아네이트 및 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트 등이 있다. 지방족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트로는 1,4-테트라메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트, 트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,10-데카메틸렌 디이소시아네이트, 리신 디이소시아네이트 및 1,3,6-헥사메틸렌 트리이소시아네이트 등이 있다. 지환족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트로는 이소포론 디이소시아네이트, 수소첨가 크실릴렌 디이소시아네이트 및 수소첨가 디페닐메탄 디이소시아네이트 등이 있다. 폴리이소시아네이트의 변성체로는 다가 알콜에 폴리이소시아네이트가 부가된 부가물, 이소시아누레이트 고리를 갖는 삼량체, 이량체, 알로파네이트 변성체, 우레아 변성 폴리이소시아네이트 및 뷰렛 변성 폴리이소시아네이트 등이 있다. 이들 중에서도 방향족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트 및 지방족 디이소시아네이트 또는 트리이소시아네이트가 바람직하고, 방향족 디이소시아네이트 및 지방족 디이소시아네이트가 특히 바람직하다. 상기한 폴리이소시아네이트는 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.

이와 같이 하여 수득되는 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체는 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.

쇄 연장제 B

본 발명에서의 쇄 연장제는, 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A에 존재하는 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 활성 수소를 갖는 관능기를 분자 내에 2개 이상 갖는 화합물이다. 활성 수소를 갖는 관능기의 예로는 OH기, 1급 또는 2급 아미노기 및 카르복실기 등이 있다.

OH기를 갖는 화합물의 예는 상기 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A에 대하여 열거된, 분자 내에 2개 이상의 OH기를 갖는 화합물 Y의 예와 동일하다.

1급 아미노기 또는 2급 아미노기를 갖는 화합물의 예로는 폴리아민 화합물 등이 있다. 상기 폴리아민 화합물의 예로는 유기 디아민 화합물, 예를 들어 3,3'- 디클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 클로로아닐린 변성 디클로로디아미노디페닐메탄, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 트리메틸렌 글리콜-디-p-아미노벤조에이트 및 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민 등이 있다. 1개 분자 내에 1급 아미노기 또는 2급 아미노기를 3개 이상 갖는 화합물도 사용할 수 있다.

카르복실기를 갖는 화합물의 예로는 지방족, 방향족, 지환족 및 헤테로시클릭의 디카르복실산, 트리카르복실산 및 테트라카르복실산 등이 있다.

지방족 디카르복실산으로는 옥살산, 말론산, 숙신산, 글루타르산, 아디프산 및 아젤라산 등이 있다.

방향족 디카르복실산으로는 프탈산, 이소프탈산 및 테레프탈산 등이 있다. 방향족 테트라카르복실산으로는 피로멜리트산 등이 있다. 지환족 디카르복실산으로는 시클로헥실디카르복실산 등이 있다. 헤테로시클릭 디카르복실산으로는 나프탈렌 디카르복실산 등이 있다. 지환족 트리카르복실산으로는 시트르산 및 아코니트산 등이 있다.

이들 화합물은 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다. 이들 중에서도 바람직한 것은 이소시아네이트기와의 반응성이 높다는 점에서 OH기 또는 아미노기를 갖는 화합물이고, 특히 바람직한 것은 공정 취급시에 적절한 반응성을 갖는다는 점에서 OH기를 갖는 화합물이다.

본 발명에서의 쇄 연장제 B는, 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유 관능기를 갖는 화합물 또는 분자 내에 2개의 활성 수소-함유 관능기를 갖는 화합물과 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유 관능기를 갖는 화합물의 혼합물이다. 본 발 명의 특징대로 연마층에서 온도 상승에 따른 적절한 탄성 계수 저하를 일으키기 위해서는, 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유 관능기를 갖는 화합물이 쇄 연장제의 합계 100 중량％에 대하여 20 내지 100 중량％, 바람직하게는 30 내지 100 중량％로 함유되어 있어야 한다. 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유 관능기를 갖는 화합물의 양이 20 중량％ 미만이면, 온도 상승에 따른 연마층의 탄성 계수 저하가 적어져서 피연마체에 스크래치가 발생하기 쉬워진다. 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유 관능기를 갖는 화합물의 양이 20 중량％ 미만이면, 연마 패드의 표면 조화(祖化)(roughening)를 위해서 중합체 매트릭스를 다이아몬드 드레서로 드레싱 처리하여 파단시킨 후에 잔류하는 중합체가 신장되어 형성된 돌기가 커지기 때문에 연마 패드의 표면에 커다란 중합체 돌기 수가 증가하여, 연마시에 대상체의 오목부에 밀고 들어가서 평탄화성의 저하를 초래한다.

본 발명에서의 쇄 연장제 B는, 상기 조건에 더하여, 수평균 분자량 300 이하의 쇄 연장제를 쇄 연장제의 합계 100 중량％에 대하여 50 내지 100 중량％ 함유하고, 바람직하게는 수평균 분자량 250 이하의 쇄 연장제를 쇄 연장제의 합계 100 중량％에 대하여 50 내지 100 중량％ 함유한다. 수평균 분자량 300 초과의 쇄 연장제는 0 내지 50 중량％의 양으로 함유될 수 있다. 수평균 분자량 300 이하의 쇄 연장제 양이 50 중량％ 미만인 경우에는, 수득되는 중합체 매트릭스에서 경질 세그먼트와 연질 세그먼트 사이의 상 분리가 불완전해지고 온도 상승에 따른 탄성 계수 저하가 과도해지기 때문에, 연마 패드의 연마 성능 변동이 커져서 연마가 불안정하게 된다. 이러한 불완전한 상 분리로 인해서 중합체 매트릭스의 물 흡수가 발생하 여 연마 패드의 경도 저하가 초래되기 때문에 불리하다.

쇄 연장제 B, 및 본 발명의 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A의 제조에 이용되는 분자 내에 2개 이상의 OH기를 갖는 화합물 Y는, 화합물 Y의 수평균 분자량/쇄 연장제 B의 수평균 분자량의 비율을 3 이상으로 하여 이용하는 것이 바람직하고, 4 내지 10으로 하여 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 이러한 수평균 분자량 비율이 3 미만인 경우에는, 수득되는 중합체 매트릭스에서 경질 세그먼트와 연질 세그먼트 사이의 상 분리가 불완전해지는 경향이 있고, 온도 상승에 따른 탄성 계수 저하가 과도해지기 때문에, 연마 패드의 연마 성능 변동이 커지는 경향이 있어서 연마가 불안정하게 된다.

화합물 Y 및 쇄 연장제 B로서 복수 종의 화합물을 병용하여 이용하는 경우에 있어서 화합물 Y의 수평균 분자량 및 쇄 연장제 B의 수평균 분자량은, 상기 복수 종의 화합물의 비율과 수평균 분자량을 고려하여 구한 산술 평균값이다.

원료 (이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및 쇄 연장제 B)의 혼합 및 경화 반응

본 발명의 연마 패드의 연마층을 형성하는 중합체 매트릭스가 될 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아의 합성 반응에 있어서, 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및 활성 수소-함유 관능기를 갖는 쇄 연장제 B의 양은, 쇄 연장제 B에 함유된 활성 수소-함유기/이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A에 함유된 이소시아네이트기의 몰비가 바람직하게는 1/0.9 내지 1/1.4, 더욱 바람직하게는 1/0.95 내지 1/1.3이 되도록 한다. 활성 수소-함유기/이소시아네이트기의 몰비가 0.9 미만으로 떨어지는 경우에는 미반응 활성 수소-함유기가 많은 수로 잔류하여, 수득되는 폴리우레탄에서 내수성, 내알칼리성 및 내산성이 열등해진다. 이소시아네이트기의 몰비가 1.4를 초과하는 경우에는 중합 반응 종료시에 미반응 이소시아네이트기가 많은 수로 잔류하여, 이것이 시간에 따라 습기에 의한 가교 반응을 일으키고 따라서 수득되는 중합체 매트릭스가 취약해진다.

원료 (이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및 쇄 연장제 B)를 혼합하기 전에 상기 원료를 이들이 액상이 되는 온도보다 높은 온도에서 가열하면서 감압 탈포를 행하고, 그 후에 이들을 혼합하는 것이 바람직하다. 이러한 처리에 의해, 수득되는 연마층에 기포가 함유되는 것이 방지되기 때문에 연마 성능이 안정화될 수 있다.

원료 (이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및 쇄 연장제 B)를 칭량하여 교반 용기에 넣은 후에, 1 내지 3개의 날개를 갖는 반전형 교반기를 사용하여 기포가 혼입되지 않을 정도의 교반력으로 상기 원료를 혼합할 수 있다. 연속적인 생산성을 고려하는 경우에는, 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및 쇄 연장제 B를 위한 개별적인 교반/탈포용 탱크가 장착되어 있고 이들 2종의 상이한 원료를 라인 믹서를 이용하여 연속 혼합할 수 있는 주형기(注型機)를 사용하는 것이 바람직하다.

중합체 매트릭스의 합성 반응에서는, 상기한 원료 혼합물을 가열하여 열 에너지를 부여하거나 또는 필요에 따라서는 반응 촉진제를 병용함으로써 반응을 촉진시킬 수도 있다. 반응 촉진제의 예로는 3급 아민, 예를 들어 트리에틸아민, 벤질 디메틸아민, 트리에틸렌디아민, 테트라메틸부탄디아민 및 2-메틸-트리에틸렌디아민; 주석 화합물, 예를 들어 디부틸주석 아세테이트, 디부틸주석 디라우레이트, 디부틸주석 말레에이트, 디부틸주석 디-2-에틸-헥소에이트, 디라우릴주석 디아세테이트 및 디옥틸주석 디아세테이트; 및 디아자-비시클로알켄 및 그의 유기산 염 등이 있다.

연마 패드가 반도체 웨이퍼용으로 이용되는 경우에 연마층에 함유된 잔류 금속을 억제하기 위해서는, 반응 촉진제를 사용하지 않거나 또는 반응 촉진제를 사용한다면 3급 아민, 디아자-비시클로알켄 및 그의 염을 사용하는 것이 바람직하다.

중합체 매트릭스의 합성 반응의 온도, 시간 및 압력은 특별히 제한되지 않는다. 합성 반응의 제1 단계는, 중합체 매트릭스가 어느 정도 반응하여 그의 점착성 및 변형성이 억제된 후에 이 중합체 매트릭스를 금속 성형틀으로부터 이형시킬 수 있는 조건하에서 수행하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 반응을 30 내지 170℃에서 3분 내지 24시간 동안 수행하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는, 상기 반응을 50 내지 130℃에서 5분 내지 3시간 동안 수행한다. 상기 반응은 이러한 제1 단계로 완료할 수도 있지만, 반응을 더욱 완결시키기 위해서는 중합체 매트릭스를 80 내지 150℃에서 3 내지 24시간 동안 유지하고 제2 단계의 반응을 행한다.

상기한 반응으로 수득되는 연마 패드의 연마층은 쇼어(Shore) D 경도가 30 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 40 내지 90, 가장 바람직하게는 50 내지 80이다. 쇼어 D 경도가 30 이상이면, 피연마체에 부여되는 압력을 크게 할 수 있어서 연마 속도가 개선될 수 있다.

수용성 입자 C

본 발명의 또다른 바람직한 실시양태는, 상기한 중합체 매트릭스 중에 수용성 입자가 분산되어 포함된 연마층을 갖는 연마 패드이다. 이러한 연마 패드에서의 수용성 입자는, 연마 패드를 사용할 때 패드 표면층에서 드레싱 처리시에 물과 접촉한다거나 또는 연마 동안 수성 분산물인 슬러리와 접촉하게 되면 중합체 매트릭스로부터 이탈된다. 이러한 이탈은, 수용성 입자가 물 또는 슬러리 중에 함유된 물과 접촉할 때 물에 용해된다거나, 또는 수용성 입자가 물에 의해 팽윤하여 겔화되어 발생한다. 또한, 이러한 용해 또는 팽윤은 물과의 접촉시에만 발생하는 것이 아니라 메탄올과 같은 알콜계 용매를 함유하는 수성 혼합 매질와의 접촉시에도 발생한다.

수용성 입자는, 공극 형성 효과 뿐만이 아니라 연마 패드의 압입 경도를 증가시키고 연마 패드에서 압력에 의해 연마 패드가 피연마체로 압입되는 것을 감소시키는 효과도 갖는다. 예를 들어, 본 발명의 연마 패드의 연마층은 수용성 입자의 함유로 인해서 쇼어 D 경도가 바람직하게는 35 이상, 더욱 바람직하게는 40 내지 95, 가장 바람직하게는 50 내지 90으로 설정될 수 있다. 쇼어 D 경도가 35 이상이면, 피연마체에 부여되는 압력을 크게 할 수 있어서 연마 속도가 개선될 수 있다.

또한, 수용성 입자의 존재에 의해서 피연마체의 높은 연마 평탄성이 달성될 수 있다. 따라서, 이 수용성 입자는, 연마 패드에 충분한 압입 경도가 확보되도록 고형분인 것이 바람직하다.

수용성 입자를 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 이들은 유기 수용성 입자 또는 무기 수용성 입자이다. 유기 수용성 입자의 재료의 예로는 당류 (다당류, 예를 들어 전분, 덱스트린 및 시클로덱스트린, 락토스, 만니톨 등), 셀룰로스류 (예를 들어 히드록시프로필 셀룰로스, 메틸셀룰로스 등), 단백질, 폴리비닐알콜, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴산 및 그의 염, 폴리에틸렌 옥시드, 수용성의 감광성 수지, 술폰화 폴리이소프렌 및 술폰화 폴리이소프렌 공중합체 등이 있다. 무기 수용성 입자의 재료의 예로는 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨 및 질산마그네슘 등이 있다. 이들 수용성 입자는 단독으로 사용할 수도 있고 또는 2종 이상을 병용하여 사용할 수도 있다.

수용성 입자의 평균 입경은 바람직하게는 0.1 내지 500 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 300 ㎛, 훨씬 더욱 바람직하게는 1 내지 100 ㎛, 특히 바람직하게는 10 내지 90 ㎛이다. 수용성 입자의 이탈에 의해서 형성되는 공극의 크기는 바람직하게는 0.1 내지 500 ㎛, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 300 ㎛, 훨씬 더욱 바람직하게는 1 내지 100 ㎛, 특히 바람직하게는 10 내지 90 ㎛일 만큼 크다. 수용성 입자의 평균 입경이 0.1 ㎛ 미만인 경우에는 형성되는 공극의 크기가 사용되는 지립보다 작아지기 때문에 슬러리를 완벽하게 유지할 수 있는 연마 패드를 얻기가 어려워질 수 있다. 상기 평균 입경이 500 ㎛ 초과인 경우에는 형성되는 공극의 크기가 지나치게 커져서 수득되는 연마 패드의 기계적 강도 및 연마 속도가 저하될 수 있다.

상기 수용성 입자의 양은, 중합체 매트릭스와 수용성 입자로 구성된 연마층 100 부피％에 대하여 바람직하게는 0.5 내지 70 부피％, 더욱 바람직하게는 1 내지 60 부피％, 특히 바람직하게는 2 내지 45 부피％이다. 수용성 입자의 양이 0.5 부피％ 미만인 경우에는 수득되는 연마 패드에 공극이 충분히 형성되지 않고 연마 속도가 저하될 수 있다. 수용성 입자의 양이 70 부피％ 초과인 경우에는 수득되는 연마 패드 내부에 존재하는 수용성 입자가 연마시에 팽윤되거나 용해되는 것을 완벽하게 방지하기가 어려울 수 있어서 연마 패드의 경도 및 기계적 강도를 적절한 값으로 유지하기가 어려워진다.

수용성 입자의 양을 중량 기준으로 산출하는 경우에는, 다음과 같이 행할 수 있다. 예를 들어, 비중 약 1.5의 당류를 수용성 입자로서 이용하고 반응 종료 후의 비중이 1.15인 폴리우레탄을 중합체 매트릭스로서 이용한 경우, 수용성 입자의 양은 연마층 100 중량％에 대하여 바람직하게는 0.7 내지 75.3 중량％, 더욱 바람직하게는 1.3 내지 66.2 중량％, 특히 바람직하게는 2.6 내지 51.6 중량％이다. 비중 약 1.15의 폴리아크릴산, 폴리비닐 피롤리돈 또는 폴리에틸렌 옥시드를 수용성 입자로서 이용하고 반응 종료 후의 비중이 1.15인 폴리우레탄을 중합체 매트릭스로서 이용한 경우에, 수용성 입자의 양은 연마층 100 중량％에 대하여 바람직하게는 0.5 내지 70 중량％, 더욱 바람직하게는 1 내지 60 중량％, 특히 바람직하게는 2 내지 45 중량％이다. 또한, 비중 약 2의 질산칼륨 등과 같은 무기 수용성 입자를 수용성 입자로서 이용하고 반응 종료 후의 비중이 1.15인 폴리우레탄을 중합체 매트릭스로서 이용한 경우에, 수용성 입자의 양은 연마층 100 중량％에 대하여 바람직하게는 0.9 내지 80.2 중량％, 더욱 바람직하게는 1.7 내지 72.3 중량％, 특히 바람직하게는 3.4 내지 58.7 중량％이다.

수용성 입자는, 연마 패드 내의 표면층에 노출된 경우에만 물에 용해되어야 하고 연마 패드 내부에서는 습기를 흡수하거나 팽윤되지 않는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 수용성 입자는 표면의 적어도 일부에 습기 흡수를 억제하기 위한 외피를 구비하는 것이 바람직하다. 이 외피는 수용성 입자에 물리적으로 흡착되어 있을 수도 있고, 수용성 입자에 화학적으로 결합되어 있을 수도 있으며, 또는 이러한 물리적 흡착과 화학적 결합에 의해 수용성 입자와 접촉하는 것일 수도 있다. 이러한 외피는 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 폴리아미드 수지, 규소 수지 또는 분산제로서 후술할 커플링제로 제조된다. 상기 외피가 수용성 입자 표면 일부에만 형성되어 있다 하더라도 상기한 효과가 충분히 달성될 수 있다.

수용성 입자를 사용하는 경우에는, 원료를 모두 혼합하기 전에 수용성 입자를 상기한 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및(또는) 쇄 연장제 B에 미리 분산시켜 두고 원료 용액으로 하는 것이 바람직하다. 분산시에 수용성 입자가 원료 용액에 의해 팽윤되고 수용성 입자가 원료 용액에 용해되는 것을 방지하기 위해서는, 수용성 입자를 쇄 연장제 B보다 분자량이 더 높은 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A에 분산시키는 것이 특히 바람직하다. 분산 방법은 특별히 제한되지 않지만, 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 또는 쇄 연장제 B (또는 이들 2가지를 별개의 용기에 넣어)를 용기 중에서 교반하면서 수용성 입자를 조금씩 첨가하여 분산시키는 것이 양호한 분산물 수득에 바람직하다. 특히 바람직한 것은, 전단력이 달성될 수있는 2축 혼합기를 사용하여 수용성 입자를 분산시키는 것이다. 수득되는 연마층에 기포가 함유되지 않도록 하기 위해서는, 수용성 입자를 분산시키는 동안이나 분산시킨 후에 감압하에서 탈포 처리를 실시하는 것이 바람직하다.

임의로는 분산 보조제를 병용할 수 있다. 분산 보조제의 예로는 산 무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기 또는 아미노기로 변성된 단독중합체, 블럭 공중합체 및 랜덤 공중합체, 각종 비이온계 계면활성제 및 커플링제 등이 있다.

수용성 입자가 분산되어 함유된 원료(들)의 혼합 및 반응

상기한 방법으로 제조된, 수용성 입자가 분산되어 함유된 원료(들) (예비중합체 A, 쇄 연장제 B 또는 이들 모두)을 이용하는 것 이외에는 원료 (이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및 쇄 연장제 B)의 혼합 및 경화에 관한 항목에서와 동일한 방식으로, 수용성 입자가 분산되어 함유된 원료(들)의 혼합 및 중합체 매트릭스의 합성 반응을 수행하면 본 발명의 수용성 입자가 분산되어 함유된 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아로 제조된 연마층이 수득된다.

병용가능한 기타 첨가제

본 발명의 효과를 손상시키지 않는 범위 내에서는 중합체 매트릭스 및(또는) 수용성 입자에 상기한 성분 이외의 성분을 첨가할 수도 있다.

이러한 첨가제를 본 발명의 연마 패드의 연마층에 포함시키기 위해서는, 이들을 중합체 매트릭스 형성 전에 원료에 첨가해야 한다.

연마 패드

본 발명의 연마 패드의 연마층은, 상기 방법에 의해 제조된 원료 혼합물 (이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및 쇄 연장제 B) 또는 수용성 입자가 분산되어 함유된 원료 혼합 용액을 예를 들어 금속 성형틀 내에서 반응시켜 수득된다. 본 발명의 연마 패드의 연마층은, 과격한 연마 조건에 의해 발생한 마찰열 또는 조대(粗大)한 이물질로부터의 과도한 압력으로 인해 발생한 마찰열을 받아 온도가 상승한 경우에는 탄성 계수가 적절한 값으로 저하된다는 점을 특징으로 한다. 이러한 탄성 계수 저하 (연화)에 의해 피연마체에 대한 과도한 스트레스가 완화되어, 스크래치 발생이 방지될 수 있다. 온도 변화에 따른 탄성 계수의 과도한 저하를 억제함으로써, 연마시의 평탄화 성능을 개선시킬 수 있다. 이와 같이 온도에 따른 적절한 탄성 계수 변화를 달성하기 위해서, 연마층의 30℃에서의 저장 탄성 계수 E'/60℃에서의 E'의 비율은 2 내지 15의 범위, 바람직하게는 3 내지 10의 범위에 있고, 30℃에서의 E'/90℃에서의 E'의 비율은 4 내지 20, 바람직하게는 5 내지 15의 범위에 있다.

저장 탄성 계수 E'는, 시트를 폭 3 mm, 두께 3 mm 및 길이 32 mm의 스트립으로 절단하고, 시판되는 동적 점탄성 측정 장치를 이용하여 측정 온도 -20 내지 130℃, 초기 하중 50 g, 동적 바이어스 0.05％ 및 주파수 10 rad/초의 인장 모드 및 승온 속도 5℃/분으로 측정하였을 때의 30℃ 및 60℃에서의 값인 것으로 이해되어야 한다.

상기 연마층은, 연마 패드 연마면의 적어도 일부를 구성하고 있을 수 있다. 이것은 연마면의 적어도 50％ 이상, 더욱 바람직하게는 80％ 이상, 특히 바람직하게는 90％ 이상을 구성한다. 연마면 전체가 연마층으로 이루어져 있을 수도 있다.

연마층 이외의 부분의 예로는 광학식 종점 검출기를 이용하여 종점을 검출하기 위한 창부 등이 있다. 창부는 두께 2 mm에 있어서 100 내지 3,000 nm 파장에서의 광 투과율이 0.1％ 이상, 바람직하게는 2％ 이상이거나, 또는 100 내지 3,000 nm 파장에서의 적산 투과율이 0.1％ 이상, 바람직하게는 2％ 이상인 재료로 제조된다.

또한, 연마 패드의 연마층은 1개 층일수도 있고 또는 또다른 층을 포함하는 복층체일 수도 있다. 복층체인 경우, 연마층은 복층체 내에서 연마면을 형성하는 층이다. 연마층 이외의 층은, 예를 들어 연마층의 연마면과 반대면 상에 배치된 지지층 및 상기 지지층과 연마층을 적층하기 위한 접합층 등이다.

상기 지지층은, 연마층을 뒷면에서 지지하는 층이다. 이 지지층의 성질은 특별히 제한되지 않지만, 지지층이 연마층보다 더 연질인 것이 바람직하다. 패드가 연질 지지층을 구비하는 경우에는, 연마층의 두께가 예를 들어 0.5 mm 이하로 얇은 경우에도 연마시에 연마층이 올라오거나 연마층 표면이 휘어지는 것을 방지할 수 있어서 안정적인 연마가 가능해진다. 지지층의 경도는, 연마층 경도의 90％ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 80％ 이하, 특히 바람직하게는 70％ 이하이며, 일반적으로 10％ 이상이다. 지지층의 쇼어 D 경도는 70 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60 이하, 특히 바람직하게는 50 이하이며, 일반적으로 1 이상이다.

또한, 지지층은 발포될 수도 있고 발포되지 않을 수도 있다. 지지층의 평면 형상은 특별히 제한되지 않으며, 연마층과 동일할 수도 있고 상이할 수도 있다. 지지층의 평면 형상은 원형 또는 다각형, 예를 들어 사각형 등일 수 있다. 그의 두께도 특별히 제한되지 않지만, 바람직하게는 0.1 내지 5 mm, 더욱 바람직하게는 0.5 내지 2 mm이다. 연마층이 광학식 종점 검출기를 이용하여 종점을 검출하기 위한 창부를 구비하는 경우에는, 광이 창부를 통과하는 것을 차단하지 않도록 창부가 연마층과 유사하거나 동일한 형상이고, 또는 창부를 구비하지 않고 광이 투과되도록 하는 절단된 형상으로 할 수도 있다.

지지층을 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않는다. 소정의 형상 및 특성을 갖도록 성형하기가 쉽고 적절한 탄성을 부여할 수 있다는 점에서 유기 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 유기 재료로는 각종 중합체를 이용할 수 있다. 지지층을 구성하는 유기 재료는 가교 중합체일 수도 있고, 아직 가교되지 않은 중합체이거나 비-가교 중합체일 수도 있다.

지지층은 1개 층으로 구성될 수도 있고 또는 다층으로 구성될 수도 있다. 또한, 지지층과 연마층이 열 융착에 의해서 직접 적층되어 있을 수 있고, 상기한 접합층을 통해 적층되어 있을 수도 있다. 접합층은 접착제가 경화된 층이거나 접착 테이프 등의 감압성 점착제로 제조된 층이다.

본 발명의 연마 패드의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 원반상, 벨트상 또는 롤러상일 수 있다. 바람직하게는, 연마기에 따라 적절하게 선택할 수 있다. 사용 전의 연마 패드 크기에도 특별한 제한은 없다. 원반상 연마 패드인 경우, 그 의 직경은 바람직하게는 0.5 내지 500 cm, 더욱 바람직하게는 1.0 내지 250 cm, 특히 바람직하게는 20 내지 200 cm이고, 그의 두께는 바람직하게는 0.1 mm 초과 100 mm 이하, 특히 바람직하게는 1 내지 10 mm이다.

연마 패드를 이용하는 연마 공정에도 특별한 제한은 없다. 예를 들어, 상기 연마 패드는 반도체 웨이퍼의 연마에 있어서의 STI (Shallow-Trench Isolation) 공정, Al 또는 Cu로 제조된 금속 배선을 형성하는 다마신(damascene) 공정, Al, Cu 또는 W로 제조된 비어 플러그를 형성하는 다마신 공정, 금속 배선과 비어 플러그를 동시에 형성하는 듀얼 다마신 공정, 층간 절연막 (예를 들어 산화물 막, Low-k 또는 BPSG)을 연마하는 공정, 질화물 막 (예를 들어 TaN 또는 TiN 등)을 연마하는 공정 및 폴리실리콘 또는 단결정 실리콘을 연마하는 공정 등에 적절하게 사용할 수 있다.

연마 패드의 연마면에는 개구한 홈(들) 및(또는) 오목부(들)을 형성할 수 있다. 상기 홈(들) 및(또는) 오목부(들)은 연마시에 공급되는 슬러리를 유지하고, 이것을 연마면에 더욱 균일하게 분배하는 기능을 한다. 또한, 연마로 인해 발생된 가루 및 사용된 슬러리 등과 같은 폐기물을 일시적으로 체류시키고, 상기 폐기물을 외부로 배출시키는 배출 경로가 되는 기능을 하기도 한다. 상기 홈(들)의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 이것은 고리형, 격자상, 방사상 및(또는) 나선상일 수 있다.

고리형의 홈의 평면 형상은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 원형, 다각형, 예를 들어 삼각형, 사각형 또는 육각형이거나 또는 타원형일 수 있다. 연마 패드 상에 형성된 홈의 수는 2개 이상인 것이 바람직하다. 이들 홈의 배치에는 특별한 제한은 없지만, 홈은 동심상으로 배치되거나 편심되어 배치될 수 있고, 또는 연마면의 안쪽 부분에서 하나의 고리형 홈으로 복수 개의 다른 고리형 홈이 둘러싸여 있을 수도 있다. 이 중에서도, 홈이 동심상으로 배치된 것이 바람직하다. 더욱 바람직한 것은, 복수 개의 원형 홈이 동심상으로 배치되는 것이다. 원형 홈이 동심상으로 배치된 연마 패드는 다른 연마 패드에 비해 상기한 기능 면에서 우수하다. 원형 홈이 동심상으로 배치된 경우에는 이러한 기능에서 우수할 뿐만이 아니라 그를 형성하는 공정 역시 용이하다.

격자는 1개의 연속적인 홈에 의해 형성되어 있을 수도 있고, 또는 2개 이상의 불연속적인 홈에 의해 형성되어 있을 수도 있다. 격자를 구성하는 하나의 패턴의 평면 형상은 특별히 제한되지 않으며 다각형일 수 있다. 이러한 다각형 패턴은 사각형, 예를 들어 정사각형, 직사각형, 사다리꼴 또는 마름모형, 삼각형, 오각형 또는 육각형일 수 있다.

방사상 홈은 연마면 중심부에서 외주부로 뻗어있는 복수 개의 홈으로 구성된다. 상기 홈은 중심부에서 외주부로 뻗어있을 수 있고, 그 형상은 선형, 아치형 또는 이들의 조합일 수 있다. 홈은 외주 연부까지 도달해 있을 수도 있고 도달하지 않을 수도 있지만, 이들 홈 중 적어도 1개는 외주 연부, 즉 패드의 측부 표면까지 도달해 있는 것이 바람직하다. 예를 들어, 상기 복수 개의 홈이 중심부에서 외주부로 뻗어있는 복수 개의 선형 홈으로 구성되며 이 중에서 1개 이상이 패드의 측부 표면에 도달해 있을 수 있고, 또는 상기 복수 개의 홈이 중심부에서 외주부로 뻗어있는 복수 개의 선형 홈 및 중심부와 외주부 사이의 위치에서 외주부로 뻗어 있으며 이 중에서 1개 이상이 패드의 측부 표면에 도달해 있는 복수 개의 선형 홈으로 구성될 수도 있다. 복수 개의 홈은 여러쌍의 평행한 선형 홈으로 구성될 수 있다.

1개의 연속적인 나선상 홈이 형성될 수도 있고, 또는 2개의 나선상 홈이 서로 다른 방향으로 형성될 수도 있다. 또한, 동일 방향의 2개의 나선상 홈이 형성될 수도 있고, 또는 동일하거나 상이한 방향의 3개 이상의 나선상 홈이 형성될 수도 있다.

상기 홈의 크기는 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 홈의 폭은 바람직하게는 0.1 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 5 mm, 훨씬 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3 mm, 특히 바람직하게는 0.5 내지 1 mm이다. 통상적으로, 폭 또는 최소 치수가 0.1 mm 미만인 홈을 형성하기는 어렵다. 홈의 깊이는 바람직하게는 0.1 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.3 내지 2.5 mm, 훨씬 더욱 바람직하게는 1 내지 2.2 mm, 특히 바람직하게는 1.3 내지 2 mm이다. 홈의 깊이가 0.1 mm 미만이면 연마 패드의 수명이 지나치게 짧아지는 경향이 있어서 불리하다. 또한, 홈 사이의 간격 (나선상 홈에서는 방사상 방향의 인접 부분 사이의 최소 거리)은 바람직하게는 0.05 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.05 내지 100 mm, 훨씬 더욱 바람직하게는 0.1 내지 10 mm, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2 mm이다. 이 최소 거리가 0.05 mm 미만인 홈을 형성하기는 어렵다. 또한, 홈의 폭 및 인접한 홈 사이의 거리의 합인 피치(pitch)는, 바람직하게는 0.15 mm 이상, 더욱 바람직하게는 0.15 내지 105 mm, 훨 씬 더욱 바람직하게는 0.3 내지 13 mm, 특히 바람직하게는 0.5 내지 2.2 mm이다.

상기한 바람직한 범위는 조합될 수 있다. 예를 들어, 상기 홈은 폭이 0.1 mm 이상이고 깊이가 0.1 mm 이상이며 최소 거리가 0.05 mm 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 폭이 0.1 내지 5 mm이고 깊이가 0.3 내지 2.5 mm이며 최소 거리가 0.05 내지 100 mm이며, 훨씬 더욱 바람직하게는 폭이 0.2 내지 3 mm이고 깊이가 1 내지 2.2 mm이며 최소 거리가 0.1 내지 10 mm이고, 특히 바람직하게는 폭이 0.5 내지 1 mm이고 깊이가 1.3 내지 2 mm이며 최소 거리가 0.5 내지 2 mm이다.

또한, 홈 내벽의 표면 조도는 20 ㎛ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15 ㎛ 이하, 가장 바람직하게는 10 ㎛ 이하이며, 일반적으로 0.05 ㎛ 이상이다. 이러한 표면 조도가 20 ㎛ 이하인 경우에는 연마시의 스크래치가 효과적으로 방지될 수 있다. 이러한 표면 조도는, 본 발명의 연마 패드를 사용하기 전의 값으로서 이해되어야 한다.

홈 내벽의 표면 조도가 20 ㎛ 이하인 경우에는 큰 요철이 없는 상태이다. 큰 요철이 있는 경우, 특히 큰 볼록부가 있는 경우에는 예를 들어 홈 형성시에 생기는 절삭 잔여물(chipping)이 연마시에 이탈되어 스크래치를 발생시킨다. 또한, 연마 동안의 압력 또는 마찰열로 인한 압축을 받거나 또는 이탈된 볼록부와 연마시에 형성된 가루 또는 슬러리에 함유된 고형분 사이의 상호작용으로 형성된 이물질에 의해서도 스크래치가 발생할 수 있다. 이들 볼록부는 드레싱 처리시에도 이탈되어 동일한 결점을 초래할 수 있다.

또한, 표면 조도가 20 ㎛ 이하인 경우에는 스크래치가 방지될 수 있을 뿐만 이 아니라, 홈으로서의 기능, 특히 슬러리를 연마면에 분배하는 기능 및 폐기물을 외부로 배출하는 기능이 보다 효율적으로 달성될 수 있다.

상기 오목부(들)의 평면 형상은 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어 원형, 다각형, 예를 들어 삼각형, 사각형 또는 오각형이거나 또는 타원형일 수 있다. 오목부(들)의 단면 형태도 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 평탄한 측부 표면과 바닥 표면에 의해 형성된 형상 (여기서, 개구측 및 바닥부측의 횡방향 치수는 동일할 수도 있고, 개구측의 치수가 바닥부측의 치수보다 더 클 수도 있으며, 또는 바닥부측의 치수가 개구측의 치수보다 더 클 수도 있음), U자 형상 또는 V자 형상일 수 있다.

또한, 오목부 내벽의 표면 조도는 홈 내벽의 표면 조도와 마찬가지로 20 ㎛ 이하, 바람직하게는 15 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 10 ㎛ 이하이며, 일반적으로 0.05 ㎛ 이상이다.

상기한 패턴의 홈은, 블레이드를 구비한 절삭기로 절삭하여 연마 패드의 표면상에 형성될 수 있다. 블레이드를 구성하는 재료는 특별히 제한되지 않지만, 탄소강, 합금강, 고속강, 초경 합금, 서밋, 스텔라이트, 초고압 소결체 및 기타 세라믹으로부터 선택될 수 있다. 단일 블레이드 또는 복수 개의 블레이드를 구비한 다중블레이드 유닛을 사용할 수 있다.

표면에 이러한 홈을 갖는 연마층은, 상기한 홈 패턴을 갖는 성형물을 반응에 이용하는 용기 (예를 들어 금속 성형틀)에 형성해 두고 상기 용기 안에 원료 혼합물을 주입한 후에 경화시키면 절삭 가공을 하지 않고도 형성할 수 있다.

실시예

이하의 실시예 및 비교예를 통해 본 발명을 추가로 예시한다.

실시예 및 비교예에 사용된 연마 패드의 구성 및 평가를 표 1에 나타낸다. 또한, 표 1에서 성분들의 비율을 나타내는 숫자의 단위는 질량부이다.

실시예 1

β-시클로덱스트린 (바이오 리서치 코포레이션 오브 요꼬하마(Bio Research Corporation of Yokohama) 제품, 상표명「덱시 펄(Dexy Pearl) β-100」, 평균 입경 20 ㎛) 100 중량부를 수용성 입자로 하여 혼합기 (가와타 MFG 코포레이션 리미티드(Kawata MFG Co., Ltd.) 제품, 상표명 「수퍼 믹서(Super Mixer) SMZ-3SP」)에 주입하고, γ-아미노프로필트리에톡시실란 (닛본 유니카 컴파니 리미티드(Nippon Unicar Co., Ltd.) 제품, 상품명「A-1100」) 0.5 중량부를 분무기로 5분 동안 분무하여 400 rpm에서 교반하는 상기 수용성 입자와 혼합되도록 하였다. 이어서, 400 rpm에서 2분 동안 추가로 계속 교반하였다. 이어서, 입자를 혼합기에서 꺼내고 130℃로 설정된 진공 건조기에서 입자의 수분 함유율이 5,000 ppm 이하가 될 때까지 가열 건조를 행하여, 실란 커플링제로 표면 처리된 β-시클로덱스트린을 수득했다.

4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 (스미까 바이엘 우레탄 컴파니 리미티드(Sumika Bayer Urethane Co., Ltd.) 제품, 상품명「스미줄(Sumijule) 44S」) 58 중량부를 반응기에 넣고, 분자의 양쪽 말단에 2개의 히드록실기를 갖는 수평균 분자량 650의 폴리테트라메틸렌 글리콜 (미쯔비시 케미칼 코포레이션 제품, 상품명「 PTMG650」) 5.1 중량부 및 수평균 분자량 250의 폴리테트라메틸렌 글리콜 (미쯔비시 케미칼 코포레이션 제품, 상품명「PTMG250」) 17.3 중량부를 60℃에서 교반하는 상기 반응기에 첨가하고, 교반하에 90℃에서 2시간 동안 반응을 수행한 후에 반응 생성물을 냉각시켜 이소시아네이트 말단의 예비중합체를 수득했다. 상기 이 이소시아네이트 말단의 예비중합체는 미반응 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 21 중량％ 및 양쪽 말단에 이소시아네이트기를 갖는 예비중합체 79 중량％의 혼합물이었다.

수득된 이소시아네이트 말단의 예비중합체 80.4 중량부를 교반 용기에 넣어 90℃에서 보온하고, 상기에서 실란 커플링제로 표면 처리하여 수득한 수용성 입자 14.5 중량부를 200 rpm에서 교반하는 상기 예비중합체에 첨가하여 1시간 동안 혼합 및 분산시킨 후에 감압 탈포하여, 수용성 입자가 분산되어 함유된 이소시아네이트 말단의 예비중합체를 수득했다.

말단에 2개의 히드록실기를 갖는 1,4-비스(β-히드록시에톡시)벤젠 (미쯔이 파인 케미칼스 인코포레이티드(Mitsui Fine Chemicals Inc.) 제품, 상품명「BHEB」) 12.6 중량부를 교반 용기에서 120℃에서 2시간 동안 가열하여 용융시키고, 교반하의 상기 용융 생성물에 3개의 히드록실기를 갖는 트리메틸올프로판 (바스프 재팬 리미티드(BASF Japan Ltd.) 제품, 상품명「TMP」) 7 중량부를 첨가하여 10분 동안 혼합 및 용해시켜서 쇄 연장제의 혼합물을 수득했다.

상기에서 수득한 수용성 입자가 분산되어 함유된 이소시아네이트 말단의 예비중합체 94.9 중량부를 진탕 혼합기 내에서 90℃에서 가열 및 교반하면서, 여기에 상기에서 수득하여 120℃로 가열한 쇄 연장제 혼합물 19.6 중량부를 첨가하고 1분 동안 혼합하여 원료 혼합물을 수득했다.

직경 600 mm, 두께 3 mm의 원반형 공동을 갖는 금속 성형틀에 이 공동을 채우는 양의 상기 원료 혼합물을 주입하고, 110℃에서 30분 동안 유지하여 폴리우레탄화 반응을 수행하고, 수득된 성형 생성물을 성형틀로부터 이형시켰다. 또한, 수득된 성형 생성물을 110℃의 기어 오븐 중에서 16시간 동안 후경화시켜서, 직경이 600 mm이고 두께 3 mm이며 수용성 입자가 분산되어 함유된 폴리우레탄 시트를 수득했다. 시트 전체에 대한 수용성 입자의 부피 분율, 즉 폴리우레탄 매트릭스와 수용성 입자의 총 부피에 대한 수용성 입자의 부피 분율은 10％였다.

수득된 시트의 쇼어 D 경도는 84였다. 시트를 폭 3 mm, 두께 3 mm, 길이 32 mm의 스트립으로 절단하고, 솔리즈 애널라이져(Solids Analyzer) RSA-II 동적 점탄성 측정 장치 (레오메트릭스 인코포레이티드(Rheometrics, Inc.) 제품)를 이용하여 측정 온도 -20 내지 130℃, 초기 하중 50 g, 동적 바이어스 0.05％ 및 주파수 10 rad/초의 인장 모드 및 승온 속도 5℃/분에서 측정하였다. 상기 스트립의 30℃, 60℃ 및 90℃에서의 저장 탄성 계수는 각각 1,895 MPa, 175 MPa, 110 MPa였고, 30℃에서의 저장 탄성 계수/60℃에서의 저장 탄성 계수의 비율은 10.8이었으며, 30℃에서의 저장 탄성 계수/90℃에서의 저장 탄성 계수의 비율은 17.2였다. 슬러리와 접촉하면서 연마에 이용될 때의 내수 안정성에 대한 지표로서 시트를 23℃의 탈이온수에서 24시간 동안 침지시킨 후에 시트의 경도를 측정한 결과, 시트의 쇼어 D 경도는 77였고, 이것은 침지 전에 비해 7 포인트 더 낮은 것이었다.

시트 중심부의 30 mm를 제외한 시트 표면 전체에 피치 2 mm, 폭 0.5 mm, 깊이 1.5 mm의 동심상 홈을 형성하고, 절단기를 이용하여 직경 50.8 cm의 중심부를 제외한 시트의 외주부를 제거하였고, 홈 가공을 실시되어 있지 않은 시트 뒷면 전체에 감압성 양면 점착 테이프 (쓰리엠 리미티드(3M Ltd.)의 442JS)를 접착시켜 연마 패드를 수득했다. 연마 패드의 연마 성능을 이하와 같이 하여 평가하였다.

(1) 연마 속도 및 스크래치의 유무

SiO₂ 솔리드 막 반도체 웨이퍼 (아드반텍 리미티드(Advantec Ltd.) 제품, 직경 200 mm, 두께 1,000 nm의 열 옥시드 웨이퍼)를 하기 조건하에서 2분 동안 연마하고, 연마 속도, 웨이퍼 내 연마 속도의 불균일성 (WIWNU) (with-in wafer non-uniformity of removal rate) 및 스크래치 발생 여부를 평가하였다. 연마 속도는, 웨이퍼 외주 5 mm를 제거한 웨이퍼 중심부의 직경 방향 49개 군데에서 광학식 막 두께 계측기로 연마 전후의 막 두께를 측정하고, 이들 막 두께차의 평균값으로부터 산출하였다. 웨이퍼 내 연마 속도의 불균일성 (WIWNU)은 상기 49개 군데의 측정값을 식 <표준 편차 σ/평균 연마 속도×100>에 따라 산출하였다. 스크래치의 수는 K2351 웨이퍼 결함 검사 장치 (KLA 텐코어 컴파니 리미티드(KLA Tencor Co., Ltd.) 제품)로 측정하였다. 연마 이전에, 1,500 ㎖/분 유속의 물을 이용하는 것 이외에는 연마와 동일한 조건하에서 다이아몬드 드레서 (쓰리엠 리미티드의 A-160)를 이용하여 20분 동안 패드 표면의 조화 처리 (드레싱 처리)를 행하였다. 연마 평가 중에는 슬러리를 유동시키면서 웨이퍼 연마와 동시에 드레싱 처리를 행하였다.

슬러리: CMS1101 (제이에스알 가부시끼가이샤(JSR Corporation) 제품, 지립으로서 실리카를 함유함)의 3배 희석액

화학 기계 연마기: MIRRA (어플라이드 매터리알스, 인코포레이티드(Applied Matetials, Inc.) 제품)

슬러리 유속; 200 (㎖/분)

연마 하중; 리테이너 링(retainer ring)/멤브레인 = 400/250 (g/cm²)

드레싱 하중: 350 (g/cm²)

정반(定盤) 회전수; 63 (rpm)

헤드 회전수; 57 (rpm)

드레서 회전수; 63 (rpm)

드레서 스위프 패턴; 12 스위프/분

그 결과, 연마 속도는 216 nm/분이었고, 웨이퍼 내 연마 속도의 불균일성 (WIWNU)은 6.4％였으며, 스크래치의 수는 2,136개였다.

(2) 평탄화성의 평가

패턴 초기 단차분이 약 800 nm인 표면상에 SiO₂ 막 패턴을 갖는 반도체 웨이퍼 (SKW 어소시에이츠 컴파니 리미티드(SKW Associates Co., Ltd.) 제품, 상품명 「SKW-7」)의 패턴에서 볼록부의 초기 단차분 약 800 nm를 상기 연마 조건에서 연마하였을 때 SiO₂ 막 패턴 오목부에서의 SiO₂ 막 연마량을 평탄화성이라 하였다. 이 수치가 적을수록 패턴 웨이퍼의 평탄화 능력이 우수하다. SiO₂ 막의 두께는 광학식 막 두께 계측기를 사용하여 연마 전후의 막 두께를 측정하여 산출하였다. 그 결과, 평탄화성은 123 nm였다.

실시예 2 내지 10 및 비교예 1 내지 3

사용한 원료 및 성형 조건을 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시켰다는 점 이외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 하여 연마 패드를 수득했다. 시트의 물성 및 패드의 연마 성능을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하고 표 1에 나타내었다.

비교예 4 및 5

시판되는 우레탄 예비중합체 (비교예 4에서는 아디프렌(Adiprene) LFH120, 비교예 5에서는 아디프렌 L315 (둘다 유니로얄 케미칼 컴파니 인코포레이티드 (UNIROYAL CHEMICAL C0., Inc.) 제품))를 이소시아네이트 말단의 예비중합체로서 이용하고 기타 원료와 성형 조건은 표 1에 나타낸 바와 같이 변화시켰다는 점 이외에는 실시예 1과 동일한 방식으로 하여 연마 패드를 수득했다. 시트의 물성 및 패드의 연마 성능을 실시예 1과 동일한 방식으로 평가하고 표 1에 나타내었다.

비교예 6

홈이 없는 시판 단층 우레탄 패드 (롬 앤 하스 일렉트로닉 매터리알스 컴파니 리미티드(Rohm ＆ Haas Electronic Materials Co., Ltd.)의 IC1000)를 사용하여 시트 물성을 평가하고, 동심상 홈을 갖는 시판되는 다층 우레탄 패드 (롬 앤 하스 일렉트로닉 매터리알스 컴파니 리미티드의 IC1000 (K-홈)/Suba400)를 이용하여 연 마 성능을 평가하였다. 상기 평가 결과를 표 1에 나타내었다.

쇄 연장제 중 삼관능성 성분의 함유율이 20％ 미만인 비교예 1에서는 온도에 의한 저장 탄성 계수의 변화가 작고 이물질에 의한 응력 완화 능력이 낮기 때문에 스크래치의 발생이 많았다. 비교예 1의 패드는 평탄화성도 약간 열등하였다. 쇄 연장제 중 수평균 분자량 300 이하인 성분의 함유율이 50 중량％ 미만인 비교예 2에서는 온도에 의한 저장 탄성 계수의 변화가 지나치게 커서, 여기서 수득된 연마 패드는 평탄화성 및 면 내 균일성이 열등하였다. 쇄 연장제 중에 수평균 분자량이 300 이하인 성분을 함유하지 않는 비교예 3에서는 폴리우레탄 매트릭스의 상 분리가 불완전하여 물에 침지시킬 때의 경도 변화가 커서, 여기서 수득된 패드는 실제 사용에 문제가 있었다. 쇄 연장제 중 삼관능성 성분의 함유율이 20％ 미만인 비교예 4에서는 온도에 의한 저장 탄성 계수의 변화가 작고 이물질에 의한 응력 완화 능력이 낮기 때문에 스크래치의 발생이 많았다. 쇄 연장제 중에 삼관능성 성분을 함유하지 않는 비교예 5에서는 스크래치의 발생이 많았다. 시판되는 발포 폴리우레탄 연마 패드인 비교예 6에서는 온도에 의한 저장 탄성 계수의 변화가 작고 스크래치의 발생이 매우 많았다. 이와는 달리, 실시예 1 내지 10의 본 발명의 연마 패드에서는 물성이 양호하였고 성질 사이의 균형이 양호하였다. 따라서, 이들 연마 패드는 반도체 웨이퍼 등의 표면 연마에 유리하게 이용될 수 있다.

본 발명의 연마 패드에 의하면, 중합체 매트릭스에 온도에 따른 적절한 탄성 계수 변화를 부여할 수 있고, 이에 의해 스크래치 억제 효과와 고평탄화성의 양립을 도모하는 것이 가능하다. 본 발명의 또다른 실시양태에 따라 수용성 입자가 균일하게 분산되어 함유된 연마 패드에 의해서, 상기한 특정 성질에 더하여 높은 연마 속도가 제공될 수 있다.

Claims

이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A, 및

이소시아네이트기와 반응할 수 있는 활성 수소-함유기를 분자 내에 2개 이상 가지며, (a) 수평균 분자량이 300 이하인 쇄 연장제 50 내지 100 중량％ 및 수평균 분자량이 300 초과인 쇄 연장제 50 내지 0 중량％로 이루어지고 (b) 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유기를 갖는 쇄 연장제 20 내지 100 중량％ 및 분자 내에 2개의 활성 수소-함유기를 갖는 쇄 연장제 80 내지 0 중량％로 이루어지는 상기 (a) 및 (b)의 조건을 충족시키는 쇄 연장제 B

의 혼합물의 경화 반응 생성물을 포함하는 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아로 제조된 연마층을 가지며, 상기 연마층이 30℃에서의 저장 탄성 계수/60℃에서의 저장 탄성 계수의 비율은 2 내지 15이고 30℃에서의 저장 탄성 계수/90℃에서의 저장 탄성 계수의 비율은 4 내지 20인 연마 패드.
제1항에 있어서, 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A가, 폴리이소시아네이트를 분자 내에 2개 이상의 OH기를 가지며 수평균 분자량이 300 내지 2,000인 화합물 Y와 이소시아네이트기/OH기의 당량비를 2 이상으로 하여 반응시켜 수득된 것인 연마 패드.
제2항에 있어서, 쇄 연장제 B가 수평균 분자량 250 이하의 쇄 연장제 50 내 지 100 중량％ 및 분자 내에 3개 이상의 활성 수소-함유기를 갖는 쇄 연장제 30 내지 100 중량％를 함유하고, 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A의 제조에 이용된 분자 내에 2개 이상의 OH기를 갖는 화합물 Y의 수평균 분자량이 400 내지 1,500이며, 분자 내에 2개 이상의 OH기를 갖는 상기 화합물 Y의 상기 수평균 분자량/쇄 연장제 B의 수평균 분자량의 비율이 3 이상인 연마 패드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쇄 연장제 B가 폴리올 및(또는) 폴리아민인 연마 패드.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 쇄 연장제 B가 폴리올인 연마 패드.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 30℃에서의 저장 탄성 계수/60℃에서의 저장 탄성 계수의 비율이 3 내지 10인 연마 패드.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 30℃에서의 저장 탄성 계수/90℃에서의 저장 탄성 계수의 비율이 5 내지 15인 연마 패드.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 수용성 입자가, 폴리우레탄 또는 폴리우레탄-우레아로 제조된 연마층 중에 연마층 100 부피％에 대하여 0.5 내지 70 부피％의 양으로 분산되어 있는 연마 패드.
제8항에 있어서, 연마층이 수용성 입자를 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 및(또는) 쇄 연장제 B에 미리 분산시킨 후에 모든 원료를 혼합하여 생성된 혼합물을 경화시켜서 수득된 것인 연마 패드.
제8항에 있어서, 연마층이 수용성 입자를 이소시아네이트 말단의 우레탄 예비중합체 A 중에 분산시키고 이 분산물과 쇄 연장제 B를 혼합하여 생성된 혼합물을 경화시켜서 수득된 것인 연마 패드.
제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수용성 입자가 아미노기, 에폭시기 및 옥사졸린기로 구성된 군에서 선택된 1종 이상의 관능기를 갖는 커플링제로 처리되어 있는 것인 연마 패드.