KR20070019709A - 연마패드 및 이를 사용하는 반도체 디바이스의 제조방법 - Google Patents

연마패드 및 이를 사용하는 반도체 디바이스의 제조방법 Download PDF

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KR20070019709A
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Abstract

본 발명에 따르면, 반도체 웨이퍼 등의 피연마체에 스크래치를 발생시키지 않고, 우수한 평탄화 특성과 균일성을 제공하는 연마 패드 및 이 연마 패드를 사용하는 반도체 디바이스의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 연마층 및 쿠션층을 갖는 반도체 웨이퍼를 연마하기 위한 연마패드에 있어서, 상기 연마층은 발포 폴리우레탄으로부터 형성되며, 250 내지 350MPa의 굴곡 탄성율을 가지며, 상기 쿠션층은 독립기포 발포체로부터 형성되며 0.5 내지 1.0mm의 두께 및 0.01 내지 0.08㎛/(gf/㎠)의 변형상수를 가짐을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다.

Description

연마패드 및 이를 사용하는 반도체 디바이스의 제조방법{POLISHING PAD AND METHOD FOR MANUFACTURE OF SEMICONDUCTOR DEVICE USING THE SAME}
본 발명은, 실리콘 웨이퍼 또는 광학재료, 하드 디스크용 유리 기판, 정보기록용 수지판 또는 세라믹판 등의 고도의 표면 평탄성을 요구하는 재료의 평탄화 가공처리를 안정하고도 높은 균일성으로 실행하기 위한 연마패드에 관한 것이다. 본 발명의 연마패드는, 특히 실리콘 웨이퍼 및 그 위의 산화물층, 금속층 등이 형성된 반도체 디바이스를 평탄화하는 공정에 사용된다. 본 발명은 피연마체인 실리콘 웨이퍼 등의cmP(화학 기계적 폴리싱)에 의한 우수한 평탄화 특성과 균일성을 제공할 수 있는 연마패드 및 이 연마패드를 사용하는 반도체 디바이스의 제조방법에 관한 것이다.
고도의 표면 평탄성을 요구하는 재료의 대표적인 것으로 반도체 집적회로(IC, LSI)를 제조하는 실리콘 웨이퍼라고 불리우는 단결정 실리콘 디스크를 들 수 있다. 실리콘 웨이퍼는, IC, LSI 등의 제조공정에서, 회로의 제조에 사용되는 각종 박막과 신뢰할 수 있는 반도체 접속을 형성하기 위해 산화물층 또는 금속층의 형성 공정에서 표면을 높은 정밀도로 평탄하게 가공할 것을 요구한다.
일반적으로, 연마패드는 연마공정에서 플래튼(platen)이라고 불리는 회전가능한 지지 디스크에 고정되는 반면, 반도체 웨이퍼는 폴리싱 헤드라고 불리우는 유성식 디스크에 고착된다. 쌍방의 회전운동에 의해, 연마패드와 반도체 웨이퍼와의 갭에 미세한 입자(연마용 입자)를 현탁시킨 연마 슬러리를 주입함으로써 반도체 웨이퍼는 연마되고 평탄화된다. 연마패드가 웨이퍼 표면 상으로 이동할 때, 접촉점에서 연마용 입자가 웨이퍼 표면 상에 가압, 밀착된다. 따라서, 웨이퍼 표면과 연마용 입자와의 사이의 동적인 마찰 작용에 의해 가공면이 연마된다. 이러한 연마가공은 통상cmP 연마가공이라 지칭된다.
종래, 상기의 고정밀도의 연마에 사용되는 연마패드의 연마층으로서는, 일반적으로 공극 부피가 약 30 내지 35%인 폴리우레탄 발포체 시트가 사용되고 있지만, 폴리우레탄 발포체 시트는 평탄화 성능은 우수하지만, 압축율이 0.5 내지 1.0% 정도로 작고, 따라서 쿠션의 특성이 부족하기 때문에 웨이퍼 전면에 균일한 압력을 부여하는 것이 어렵다. 그러므로, 적층된 연마패드로서 통상 폴리우레탄 발포체 시트의 배면에 부드러운 쿠션층이 별도로 구비된 연마패드를 사용하여 연마가공이 실시되었다.
그러나, 종래의 폴리우레탄 시트를 사용한 연마패드의 쿠션층은 다음과 같은 문제를 갖는다:
(1) 쿠션층으로서 연속 기공을 가진 수지 함침 부직포가 널리 사용되고 있지만, 부직포에 함침되는 수지의 함침량의 편차, 부직포의 두께의 편차, 슬러리액의 침수에 의한 압축 특성의 변화 등의 문제가 있다.
(2) 독립 공동(空洞)을 가진 발포된 우레탄 포움이 사용되고 있지만, 제조에 있어서 발포 상태의 안정화가 어렵고, 또한 공동을 갖는 것에 의해 하중을 걸면 공동의 변형이 야기되어 회복하는데까지 시간이 필요하다. 즉, 반복되는 하중에 의해 상당한 잔류 변형 등이 있다는 등의 문제가 있어서, 연마시의 웨이퍼로부터의 반복 하중에 의해 쿠션층이 변형되어, 연마 특성에 문제를 야기한다.
최근에는, 이러한 문제점을 해소하기 위해서,cmP 공정동안에 사용되는 연마패드에 있어서, 각종의 적층 연마패드, 예컨대 (1) 압축회복율이 90% 이상(고무 탄성을 갖는 재료로부터 형성됨)인 쿠션층에 연마층을 적층한 연마패드(일본특허공개공보 제 2003-305635 호), (2) 부피 탄성율이 60MPa 이상이고 인장 탄성율이 0.1 내지 20MPa인 쿠션층에, 물과의 접촉각이 75도 이하이고 굴곡 탄성율이 2GPa 이상이고 표면경도가 80 이상의 듀로메타(durometer) 경도인 연마층을 적층한 연마패드(일본특허공개공보 제 2002-059357 호), 및 (3) 연질 고무상 탄성체로 형성된 시트상 발포체와 시트상 발포체상에 접착적층된 연마포를 갖는 연마 부재(일본특허공개공보 제 1995-164307 호) 등이 제안되어 있다.
일본특허공개공보 제 2003-305635 호는, 압축 회복율이 90% 이상(고무 탄성 보유 재료로부터 형성됨)인 쿠션층을 사용하여 연마시의 압축 하중에 대하여 잔류 변형이 감소되고 압축 특성의 변화가 감소된 연마 패드를 형성하는 것을 목적으로 하고, 연마층에 폴리우레탄 수지(특정 폴리우레탄 수지의 선정에 대한 개시는 없음) 재료를 사용한 적층 연마패드의 예시가 기술되어 있고, 면내에서의 균일성과 평탄화 특성 둘다를 갖는 우수한 연마패드를 보여 주지만, 연마 속도가 지극히 낮다.
일본특허공개공보 제 2002-059357 호에서는, 부피 탄성율이 60MPa 이상이고, 인장 탄성율이 0.1 내지 20MPa인 쿠션층에, 물과의 접촉각이 75도 이하이고 굴곡 탄성율이 2GPa 이상이고/이거나 표면경도가 80 이상의 두로메터 경도인 연마층을 적층한 연마패드를 기술하고 있으며, 이때 연마층으로서 경질의 수지(예컨대, 종이 및/또는 천 기재의 라미네이트, 또는 경질 매트릭스 수지에 친수성 성분이 분산된 조성물)를 이용하여 우수한 평탄화 특성을 얻었고, 또한 습윤성과 스크래치 억제를 달성하였지만, 그 연마층의 경도 또는 굴곡 탄성율이 본 발명과는 다르고, 쿠션층의 예시에 있어서도 일반적인 쿠션층을 사용하고 있으며, 그의 예로서 무발포의 엘라스토머를 개시하고 있다. 또한 면내 균일성과 평탄화 특성이 모두 우수한 연마패드이지만 연마 속도가 지극히 낮다.
일본특허공개공보 제 1995-164307 호는, 연질 탄성체의 시트 발포체에 연마포를 접착적층한 연마 부재를 개시하고 있으며, 이때 상기 시트상 발포체로서 천연고무, 합성 고무 또는 열가소성 탄성체로부터 형성되는 독립기포 발포체가 기재되어 있지만, 연마포로서 벨루어(velour) 유형의 부직포 등이 기재되어 있어, 본 발명의 연마층 재료와는 완전히 다르다.
발명의 개시
발명이 해결하고자 하는 과제
본 발명의 주요 목적은 전술한 바와 같은 연마 패드나 이것을 사용하는 방법에서 해결되지 않는 문제를 해결하고, 스크래치를 형성하지 않고, 연마 속도를 향상시키고, 반도체 웨이퍼 등의 피연마체에 보다 높은 평탄화 특성과 균일성을 동시에 제공하는 연마패드 및 상기 연마패드를 이용한 반도체 디바이스의 제조방법을 제공하는데 있다.
과제를 해결하기 위한 수단
본 발명에 따라서, 상술된 바의 목적은 연마층과 쿠션층을 포함하는 연마패드에 있어서, 연마층으로서 발포 폴리우레탄을 사용하고, 쿠션층으로서 독립기포 발포체를 사용하여 적층하고, 연마층의 굴곡 탄성율, 쿠션층의 두께 및 변형상수를 특정범위내로 한정함으로써 스크래치를 형성하지 않고 반도체 웨이퍼와 같은 피연마체에 우수한 평탄화 특성과 균일성을 제공하는 연마패드 및 이러한 연마패드를 사용하여 반도체 디바이스를 제조하는 방법을 제공함으로써 달성된다.
따라서, 본 발명은 연마층과 쿠션층을 포함한, 반도체 웨이퍼를 연마하는 연마패드에 관한 것으로, 상기 연마층은 발포 폴리우레탄으로부터 형성되며 250 내지 350MPa의 굴곡 탄성율을 갖고, 상기 쿠션층은 독립기포 발포체로부터 형성되며 0.5 내지 1.0mm의 두께 및 0.01 내지 0.08㎛/(gf/㎠)의 변형상수를 갖는 것을 특징으로 한다.
쿠션층에 관해서는, 종래에는 두께가 약 1 내지 2mm이고 변형상수가 0.1㎛/(gf/㎠) 이상인 쿠션층이 사용되고 있었다. 이러한 쿠션층을 사용함으로써 평탄화 특성과 균일성은 확보하였지만, 최근에는 보다 높은 평탄화 특성이 요구되고 있 어 상기와 같은 쿠션층을 이용한 연마패드로서는 이러한 요구를 충족하지 못했었다. 따라서, 균일성을 보장하면서도 높은 평탄화 특성을 얻기 위해서는, 연마층은 높은 경도를 가지면서 연마층의 시각점 관점에서 웨이퍼 전면에서의 물결 무늬에 부합되는 충분한 굴곡 특성을 필요로 한다. 본 발명자 등의 연구 결과, 상기와 같은 굴곡 특성의 최적범위는 250 내지 350MPa의 굴곡 탄성율이라는 것을 알게 되었다.
또한, 상기 굴곡 특성의 범위에서 높은 평탄화 특성과 균일성을 얻기 위해서는, 쿠션층의 변형상수 및 두께도 최적 범위에 있어야 하는 바, 본 발명에서는, 종래 이용된 범위와는 달리, 두께 0.5 내지 1.0mm 및 변형상수 0.01 내지 0.08㎛/(gf/㎠)가 최적 범위라는 것을 알게 되었다.
또한, 본 발명을 적합하게 실시하기 위해서는, 상기 발포 폴리우레탄이 1 내지 70㎛ 이하의 평균 기포직경을 갖고, 상기 발포 폴리우레탄이 0.5 내지 1.0g/㎤의 비중을 갖고, 상기 발포 폴리우레탄이 45 내지 65도의 경도를 갖고, 상기 발포 폴리우레탄이 0.5 내지 5.0%의 압축율을 가지며, 상기 쿠션층이 폴리우레탄 수지 및 폴리에틸렌수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상으로부터 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양태에서, 본 발명의 연마패드를 이용하여 적어도 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법이 본 발명에 따라 제공된다.
발명의 효과
본 발명에 의해, 연마층과 쿠션층을 포함하는 연마패드에 있어서, 연마층에 발포 폴리우레탄을 사용하고, 쿠션층에 독립기포 발포체를 사용하여 적층하고, 연마층의 굴곡 탄성율, 쿠션층의 두께 및 변형상수를 특정범위 내로 규정함으로써, 종래 제품과 비교하여 매우 높은 평탄화 특성을 가지면서도 스크래치의 발생없이 연마 속도를 향상시키고, 또한 반도체 웨이퍼 등과 같은 피연마체에 보다 높은 평탄화 특성과 균일성을 동시에 제공할 수 있는 연마패드의 제공이 가능하고, 또한 이러한 연마패드는 반도체 디바이스의 제조 등에 매우 유용하다.
이하, 본 발명의 연마패드에 대하여 더욱 상세히 설명한다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 연마패드는 연마층과, 이 연마층 보다 부드러운 쿠션층을 포함한다. 본 발명의 연마패드에 있어서, 연마층은 발포 폴리우레탄으로부터 형성되며, 또한 굴곡 탄성율이 250 내지 350MPa일 것을 요건으로 하지만, 바람직하게는 260 내지 340MPa, 보다 바람직하게는 270 내지 330MPa이다. 상기 연마층의 굴곡 탄성율이 250MPa 미만인 경우, 면내 균일성은 양호하지만 충분한 평탄화 특성을 얻을 수 없다. 한편, 상기 연마층의 굴곡 탄성율이 350MPa를 초과하는 경우, 평탄화 특성은 우수하지만 균일성을 만족할 수 없다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 쿠션층은 독립기포 발포체로부터 형성되며, 두께가 0.5 내지 1.0mm이고 변형상수가 0.01 내지 0.08㎛/(gf/㎠)를 가질 것을 요건으로 한다. 상기 쿠션층의 두께는 바람직하게는 0.6 내지 0.9mm, 보다 바람직하게는 0.7 내지 0.85mm이다. 상기 쿠션층의 두께가 0.5mm 보다 작으면, 높은 평탄화 특성을 얻을 수 있지만 균일성이 현저히 악화되고, 1.0mm 보다 크면 균일성이 양호하고 일반적인(종래 제품에 상당하는) 평탄화 특성을 얻을 수 있지만, 본 발명이 목표로 하는 높은 평탄화 특성을 얻을 수는 없다.
쿠션층의 변형상수는 바람직하게는 0.02 내지 0.07㎛/(gf/㎠), 보다 바람직하게는 0.03 내지 0.06㎛/(gf/㎠)이다. 상기 쿠션층의 변형상수가 0.01㎛/(gf/㎠) 보다 작으면 쿠션층의 두께가 상기 범위 내에 있더라도 충분한 균일성을 얻을 수 없으며, 0.08㎛/(gf/㎠) 보다 크면 쿠션층의 두께가 상기 범위 내에 있더라도 높은 평탄화 특성을 얻을 수 없다.
본 발명의 기술적 효과는 연마 속도를 향상시키고, 우수한 평탄화 특성과 균일성으로 연마를 실시하는데 있다. 본 발명의 연마패드에서, 본 발명의 상기와 같은 기술적 효과는 상기한 바와 같은 요건을 전부 만족함으로써, 즉 상기 연마층과 상기 쿠션층 둘다의 특성이 달성됨으로써 이루어 질 수 있으며, 상기 중 어느 하나의 층이 상기한 바와 같은 특성을 가진다고 할지라도, 다른 하나의 층의 특성이 상기와 같은 범위로부터 벗어나면 본 발명의 바라는 효과는 얻을 수 없다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 상기 연마층용 발포 폴리우레탄의 평균 기포직경은 1 내지 70㎛, 바람직하게는 5 내지 50㎛을 갖는 것이 바람직하다. 상기 평균 기포직경이 1㎛ 보다 작으면 슬러리 유지 효과가 충분하지 않아서 연마 속도가 감소하며, 70㎛ 보다 크면 슬러리 유지 효과가 증가하여서 연마 속도가 증가하지만 충분한 평탄화 특성을 얻을 수 없다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 상기 연마층용 발포 폴리우레탄의 비중은 0.5 내지 1.0g/㎤, 바람직하게는 0.7 내지 0.9g/㎤인 것이 바람직하다. 상기 비중이 0.5g/㎤ 미만인 경우, 연마층의 표면(연마면) 강도가 저하하고 반도체 웨이퍼 등와 같은 피연마 대상물의 평탄화 특성(평면성)이 저하되며, 또한 1.0g/㎤ 보다 큰 경우, 연마층 표면의 미세 기포의 수가 적어져서 평탄화 특성은 양호하지만, 연마 속도가 저하되는 경향이 있다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 상기 연마층용 발포 폴리우레탄의 경도가 45 내지 65도, 바람직하게는 45 내지 60도인 것이 바람직하다. 상기 경도가 45도 미만인 경우에는 피연마 대상물의 평탄화 특성이 저하하고, 65도 보다 큰 경우에는 평탄화 특성은 양호하지만 피연마 대상물의 면내 균일성이 저하하는 경향이 있다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 상기 연마층용 발포 폴리우레탄의 압축율이 0.5 내지 5.0%, 바람직하게는 0.5 내지 3.0%인 것이 바람직하다. 상기 압축율이 상기 범위내에 있으면 충분한 평탄화 특성과 균일성을 양립시키는 것이 가능하다.
본 발명의 연마패드는 연마 종점 검출용 광투과 영역을 가질 수 있다. 상기 광투과 영역을 갖는 경우, 상기 광투과 영역의 연마층 측의 표면에 연마액을 유지하고 갱신하는 요철 구조를 갖지 않는 것이 바람직하다. 상기 광투과 영역의 연마층 측의 표면에 큰 표면 요철이 있다면, 오목부에 연마용 입자 등의 첨가제를 포함한 슬러리가 존재하게 되어, 빛의 산란 및 흡수가 일어나서 검출 정밀도를 저하시키는 경향이 있다. 또한, 상기 광투과 영역의 다른 측의 표면에도 큰 표면 요철을 갖지 않는 것이 바람직하다. 마찬가지로, 거대한 표면 요철이 있는 경우, 빛의 산란이 발생하여서 검출 정밀도를 저하시키는 경향이 있기 때문이다.
본 발명의 연마패드에서의 상기 광투과 영역의 형성 재료는, 600 내지 700nm 파장의 전 영역에서의 광투과율이 50% 이상이며, 연마층의 압축율보다 큰 압축율을 갖는 것이 바람직하고, 이러한 성능을 갖는 것이라면 특별한 제한은 없다. 이러한 재료의 예로서, 폴리우레탄 수지, 폴리에스터 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등), 폴리스타이렌, 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌등), 에폭시 등을 들수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수 있으며, 2종 이상을 병용할 수 있다. 상기 재료 중에서도, 내마모성이 높은 폴리우레탄 수지가, 연마 중의 드레싱 흔적에 의해 광투과 영역의 빛의 산란을 억제할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 광투과 영역의 형성 재료로서의 폴리우레탄 수지는, 유기 이소시아네이트, 폴리올 및 쇄연장제를 포함한다.
유기 이소시아네이트의 예로서는, 2,4-톨루엔 다이이소시아네이트, 2,6-톨루엔 다이이소시아네이트, 2,2'-다이페닐메테인 다이이소시아네이트, 2,4'-다이페닐메테인 다이이소시아네이트, 4,4'-다이페닐메테인 다이이소시아네이트, 1,5-나프탈렌 다이이소시아네이트, p-페닐렌 다이이소시아네이트, m-페닐렌 다이이소시아네이트, p-크실렌 다이이소시아네이트, m-크실렌 다이이소시아네이트, 헥사메틸렌 다이이소시아네이트, 1,4-사이클로헥세인 다이이소시아네이트, 4,4'-다이사이클로헥실메테인 다이이소시아네이트, 이소포론 다이이소시아네이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수 있으며, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
또한, 유기 이소시아네이트로서, 상기 다이이소시아네이트 화합물 이외에도, 3작용 이상의 다작용 이소시아네이트 화합물도 사용가능하다. 다작용 이소시아네이트 화합물로서는, 데스모듈(Desmodule)-N(바이엘(Bayer)사제) 및 상품명 듀라네트(Duranate)(아사히 케미칼(Asahi Chemical)사제)로서 일련의 다이이소시아네이트 부가화합물이 시판되어 있다. 이러한 3작용 이상의 다작용 이소시아네이트 화합물은 단독으로 사용하면 프리폴리머(prepolymer)의 합성 동안 쉽게 겔화되기 때문에, 다이이소시아네이트 화합물에 첨가하여 사용하는 것이 바람직하다.
폴리올의 예로서는, 폴리테트라메틸렌 에터 글라이콜로서 대표되는 폴리에터 폴리올, 폴리부틸렌 아디페이트로서 대표되는 폴리에스터 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스터 글라이콜과 알킬렌카보네이트와의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스터 폴리카보네이트 폴리올, 에틸렌카보네이트를 다가알콜과 반응시킨 후 생성된 반응혼합물을 유기 다이카복실산과 반응시킨 폴리에스터 폴리카보네이트 폴리올, 및 폴리히드록실 화합물과 아릴카보네이트와의 에스터교환반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트 폴리올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 이용할 수 있으며, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
또한, 상술한 폴리올 이외에, 에틸렌 글라이콜, 1,2-프로필렌 글라이콜, 1,3-프로필렌 글라이콜, 1,4-부테인다이올, 1,6-헥세인다이올, 네오펜틸 글라이콜, 1,4-사이클로헥세인다이메탄올, 3-메틸-1,5-펜테인다이올, 다이에틸렌 글라이콜, 트라이에틸렌 글라이콜, 1,4-비스(2-히드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올을 사용할 수 있다.
쇄연장제의 예로서는, 에틸렌 글라이콜, 1,2-프로필렌 글라이콜, 1,3-프로필렌 글라이콜, 1,4-부테인다이올, 1,6-헥세인다이올, 네오펜틸 글라이콜, 1,4-사이클로헥세인다이메탄올, 3-메틸-1,5-펜테인다이올, 다이에틸렌 글라이콜, 트라이에틸렌 글라이콜, 1,4-비스(2-히드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올류, 또는 2,4-톨루엔 다이아민, 2,6-톨루엔 다이아민, 3,5-다이에틸-2,4-톨루엔 다이아민, 4,4'-다이-sec-부틸-다이아미노다이페닐메테인, 4,4'-다이아미노다이페닐메테인, 3,3'-다이클로로-4,4'-다이아미노다이페닐메테인, 2,2',3,3'-테트라클로로-4,4'-다이아미노다이페닐메테인, 4,4'-다이아미노-3,3'-다이에틸-5,5'-다이메틸다이페닐메테인, 3,3'-다이에틸-4,4'-다이아미노다이페닐메테인, 4,4'-메틸렌-비스-메틸안트라닐레이트, 4,4'-메틸렌-비스-안트라닐산, 4,4'-다이아미노다이페닐설폰, N,N'-다이-sec-부틸-p-페닐렌다이아민, 4,4'-메틸렌-비스(3-클로로-2,6-다이에틸아민), 3,3'-다이클로로-4,4'-다이아미노-5,5'-다이에틸다이페닐메테인, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에테인, 트라이메틸렌글라이콜-다이-p-아미노벤조에이트, 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔다이아민 등으로 예시되는 폴리아민류 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수 있으나, 2종 이상을 조합할 수도 있다. 단지, 폴리아민류에 있어서는 그 자체가 착색되어 있거나, 이들을 이용하여 형성된 수지가 착색된 경우도 많기 때문에, 물성이나 광투과 영역의 광투과성을 손상하지 않도록 배합하는 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지에서의 유기 이소시아네이트, 폴리올, 및 쇄연장제의 비는, 각각의 분자량이나 이들로부터 제조되는 광투과 영역의 소망 물성 등에 의해 적절히 변경할 수 있다. 상기 광투과 영역의 형성 재료가 상기 소망하는 특성을 얻기 위해서는, 폴리올과 쇄연장제의 작용기의 총수(수산기 + 아미노기)에 대한 유기 이소시아네이트 중의 이소시아네이트기 수의 비가 0.95 내지 1.15인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.10이다.
본 발명에서의 폴리우레탄 수지는, 용융법, 용액법 등 공지의 우레탄 제조 기술을 응용하여 제조할 수 있지만, 비용, 작업환경 등을 고려하여, 용융법으로 제조하는 것이 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지의 제조방법은, 프리폴리머법 또는 원샷(one-shot)법이 가능하나, 미리 유기 이소시아네이트와 폴리올로부터 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 합성한 후, 여기에 쇄연장제를 반응시키는 프리폴리머법이 일반적이다. 또한, 유기 이소시아네이트와 폴리올로부터 제조되는 이소시아네이트 말단 프리폴리머가 시판되어 있지만, 본 발명에 적합한 것이라면, 상기 프리폴리머들을 이용하여, 프리폴리머법에 의해 본 발명에 사용되는 폴리우레탄을 중합하는 것도 가능하다.
본 발명에서의 광투과 영역의 제조방법은 특별히 한정되지 않으며, 공지의 방법에 의해 제조할 수 있다. 예컨대, 상기 방법에 의해 제조한 폴리우레탄 수지의 블럭을 밴드소우(band saw) 방식 또는 플래너(planer) 방식의 슬라이서(slicer)를 이용하여 소정 두께로 하는 방법; 소정 두께의 캐비티를 포함하는 금형에 수지를 캐스트하는 방법; 및 코팅기술 또는 시트성형기술을 이용한 방법 등이 사용된다. 또한, 광투과 영역에 기포가 있는 경우에는, 빛의 산란에 의해 반사광의 감소가 크므로 연마 종점의 검출 정밀도 또는 막 두께의 측정 정밀도가 저하하는 경향이 있다. 따라서, 이러한 기포를 제거하기 위해서, 상기 재료를 혼입시키기 전에 10Torr 이하로 감압함으로써 재료 중에 포함된 기체를 충분히 제거하는 것이 바람직하다. 또한, 혼합 후의 교반 공정에서는 기포가 혼입되지 않도록 하기 위해, 통상 이용되는 교반날개 유형 믹서를 사용하는 경우에 100rpm 이하의 회전수로 교반하는 것이 바람직하다. 또한, 교반 공정에 있어서도 감압하에서 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 유성형(planetary) 혼합기에서는, 고회전에서도 기포가 혼입되기 어려우므로, 상기 혼합기를 이용하여 교반 및 탈기하는 것이 바람직한 방법이다.
광투과 영역의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 연마층 및 쿠션층의 개구부와 동일한 형상으로 하는 것이 바람직하다.
광투과 영역의 크기가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 연마층 및 쿠션층의 개구부와 같은 정도의 크기로 하는 것이 바람직하다.
본 발명의 연마패드에 있어서의 연마층은, 발포 폴리우레탄으로부터 형성되고 또한 250 내지 350MPa의 굴곡 탄성율을 갖는다면, 그 재료는 특별히 제한없이 사용할 수 있다. 본 발명에서의 연마층에 발포 폴리우레탄을 사용하는 이유는, 표면에 있는 기포에 연마 슬러리를 유지할 수 있어 연마 속도를 크게 할 수 있고, 또한 폴리우레탄 수지가 내마모성이 우수하고 원료조성을 다양하게 변화시킴으로써 소망하는 물성을 갖는 중합체를 용이하게 얻을 수 있기 때문이다.
상기 연마층용 폴리우레탄 수지는, 상기 광투과 영역에서 기술한 바와 같이 유기 이소시아네이트, 폴리올, 쇄연장제를 포함한다.
상기 연마층용 폴리우레탄 수지에 사용되는 유기 이소시아네이트는 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 상기 광투과 영역 형성 재료용 폴리우레탄 수지에 사용한 것과 동일한 유기 이소시아네이트를 들 수 있다.
상기 연마층용 폴리우레탄 수지에 사용하는 폴리올은 특별히 제한되지 않으며, 예컨대 상기 광투과 영역 형성 재료용 폴리우레탄 수지에 사용한 것과 동일한 폴리올을 들 수 있다. 또한, 연마층용 폴리우레탄 수지에 사용되는 경우, 상기 폴리올의 수평균분자량은 특별히 한정되는 것이 아니지만, 수득되는 폴리우레탄의 탄성 특성 등의 관점에서 500 내지 2000인 것이 바람직하다.
또한, 폴리올로서는, 상기한 고분자량의 폴리올 이외에, 에틸렌 글라이콜, 1,2-프로필렌 글라이콜, 1,3-프로필렌 글라이콜, 1,4-부테인다이올, 1,6-헥세인다이올, 네오펜틸 글라이콜, 1,4-사이클로헥세인다이메탄올, 3-메틸-1,5-펜테인다이올, 다이에틸렌 글라이콜, 트라이에틸렌 글라이콜, 1,4-비스(2-히드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올을 병용할 수도 있다.
또한, 폴리올 중의 고분자량 성분과 저분자량 성분의 비는, 이들로부터 제조되는 연마층의 성능 요구조건에 따라 결정할 수 있다.
상기 연마층용 폴리우레탄 수지에 사용하는 쇄연장제의 예로서는, 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린), 2,6-다이클로로-p-페닐렌다이아민, 4,4'-메틸렌-비스(2,3-다이클로로아닐린) 등으로 예시되는 폴리아민류를 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용하거나 2종 이상을 병용할 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지에서의 유기 이소시아네이트, 폴리올 및 쇄연장제의 비는, 각각의 분자량이나 이들로부터 제조되는 연마층의 물성 등에 따라 다양하게 변할 수 있지만, 굴곡 탄성율이 250 내지 350MPa인 발포체를 수득할 수 있어야 한다. 연마 특성이 우수한 연마층을 얻기 위해서는, 폴리올과 쇄연장제의 작용기의 총수(수산기 + 아미노기)에 대한 유기 이소시아네이트 중의 이소시아네이트기 수의 비는 0.95 내지 1.15인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99 내지 1.10이다.
상기 연마층용 폴리우레탄 수지는, 상기 광투과 영역 형성 재료용 폴리우레탄 수지에 기술된 방법에 의해 제조할 수 있다. 또한, 필요에 따라서는 폴리우레탄 수지에 산화방지제 등의 안정제, 계면활성제, 윤활제, 안료, 충전제, 대전방지제, 및 그 밖의 첨가제를 첨가할 수 있다.
상기 폴리우레탄 수지를 미세발포시키는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예컨대 중공 비이드를 첨가하는 방법, 기계적 발포법, 및 화학적 발포법 등에 의해 발포시키는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 각 방법을 병용할 수 있지만, 폴리알킬실록산과 폴리에터와의 공중합체로서 활성수소기를 갖지 않는 실리콘계 계면활성제를 사용한 기계적 발포법이 바람직하다. 상기 실리콘계 계면활성제로서는, SH-192(도레이 다우 코닝 실리콘(Toray Dow Corning Silicone)사제) 등이 바람직한 화합물로서 예시된다.
본 발명의 연마패드의 연마층에 사용되는 독립기포 유형의 발포 폴리우레탄을 제조하는 방법에 대하여 이하에 상세히 설명한다. 상기 발포 폴리우레탄의 제조방법은, 이하의 공정 (a) 내지 (c)를 포함한다.
(a) 이소시아네이트 말단 프리폴리머의 기포 분산액을 제조하는 교반공정:
이소시아네이트 말단 프리폴리머에 실리콘계 계면활성제를 첨가하고, 비반응성 기체 중에서 교반시키고, 비반응성 기체를 미세기포로서 분산시켜 기포분산액을 형성한다. 이소시아네이트 말단 프리폴리머가 상온에서 고체인 경우에는 적절한 온도로 예열하여 용융시켜 사용한다.
(b) 경화제(쇄연장제) 혼합공정:
상기의 기포 분산액에 쇄연장제를 첨가하고, 교반하에 혼합한다.
(c) 경화 공정:
쇄연장제를 혼합한 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 캐스트하고, 가열경화시킨다.
폴리우레탄 수지 발포체의 제조에 사용된 비반응성 기체는 미세기포를 형성하기 위해 사용되지만, 가연성이 아닌 것이 바람직하고, 구체적으로는 질소, 산소, 이산화탄소 가스, 헬륨 및 아르곤과 같은 희가스 또는 이들의 혼합 기체가 예시되며, 건조하여 수분을 제거한 공기의 사용이 비용면에서 가장 바람직하다.
미세 기포를 형성하기 위해, 비반응성 기체를 실리콘계 계면활성제를 포함하는 이소시아네이트 말단 프리폴리머에 분산시키는 교반기로서는, 공지의 교반기를 특별한 제한없이 사용할 수 있고, 구체적으로는 호모게나이저, 용해기(dissolver), 2축 유성형 믹서 등이 예시된다. 이러한 교반기의 교반 날개의 형상도 특별히 한정되지 않지만, 위퍼(whipper) 유형의 교반 날개를 사용하면 미세 기포를 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
또한, 교반공정에서 기포 분산액을 제조하는 교반과, 혼합공정에서의 쇄연장제를 첨가하여 혼합하는 교반은 서로 다른 교반기를 사용하여 실시하는 것이 바람직하다. 특히, 혼합공정에서의 교반은 기포를 형성하기 위한 교반이 아닐 수 있으며, 큰 기포를 발생하지 않는 교반기의 사용이 바람직하다. 이러한 교반기로서는, 유성형 믹서가 바람직하다. 교반공정과 혼합공정에 동일한 교반기를 사용할 수 있으며, 필요에 따라 교반 날개의 회전속도 등의 교반 조건을 조정하여 사용하는 것이 바람직하다.
상기 발포 폴리우레탄의 제조방법에 있어서, 기포 분산액을 금형에서 캐스트하고 유동성이 상실할 때까지 반응시켜 수득된 발포체를 가열 및 후경화하는 것은, 발포체의 물리적 특성을 향상시키는데 효과적이므로 매우 바람직하다. 금형에 기포 분산액을 캐스트하고 즉시 가열 오븐 중에 넣어 후경화할 수 있으며, 이와 같은 조건 하에서도 반응성분에 열이 전달되지 않기 때문에 기포직경이 증가하지 않는다. 상기 경화반응을 상압에서 실시하면 기포형상이 안정하기 때문에 바람직하다.
상기 폴리우레탄 수지의 제조에 있어서, 3급 아민계, 유기주석계 등의 공지의 폴리우레탄 반응을 촉진하는 촉매를 사용할 수 있다. 첨가되는 촉매의 종류, 첨가량은, 혼합공정 후, 소정의 금형에서 캐스트하는 유동시간을 고려하여 선택한다.
상기 발포 폴리우레탄의 제조는, 용기에 각 성분을 계량하여 투입하고 교반하는 배치식 방식, 또는 교반장치에 각 성분과 비반응성 기체를 연속하여 공급하여 교반하고 기포 분산액을 제거하여 성형품을 제조하는 연속생산 방식이 사용될 수 있다.
본 발명의 연마패드에 사용되는 연마층은, 상기와 같이 하여 제조된 발포 폴리우레탄을 소정의 크기로 절단하여 제조한다.
본 발명의 발포 폴리우레탄으로부터 형성된 연마층은, 피연마 대상물과 접촉하는 연마측 표면(연마영역)에, 연마 슬러리를 유지 및 갱신하기 위한 홈이 설치되는 것이 바람직하다. 상기 연마영역은 미세 발포체에 의해 형성되기 때문에, 연마표면에 많은 기공을 가져서 연마 슬러리를 유지하는 작용을 가지고 있지만, 연마 슬러리의 유지성과 연마 슬러리의 갱신을 효율적으로 실행하기 위해, 또한 피연마 대상물과의 흡착에 의한 피연마 대상물의 파쇄를 방지하기 위해서 연마측 표면에 홈을 갖는 것이 바람직하다. 홈은, 슬러리를 유지 및 갱신하는 표면 형상이면 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, XY 격자홈, 동심원 형상홈, 관통공, 비관통공, 칼럼, 실린더, 나선 형상홈, 편심원 형상홈, 방사상홈, 및 이것들의 홈을 조합시킨 것을 들 수 있다. 또한, 홈피치, 홈폭, 홈깊이 등도 특별히 제한되지 않으며, 적절하게 선택하여 형성한다. 또한, 이러한 홈은 규칙성이 있는 것이 일반적이지만, 모든 대역에서 상기 홈피치, 홈폭, 홈깊이 등을 변화시키는 것도 가능하다.
상기 홈의 형성방법이 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 소정 크기의 절삭 공구를 사용하는 기계적 절삭 방법, 소정의 표면 형상을 갖는 금형에 수지를 캐스트하여 경화시키는 방법, 소정의 표면형상을 갖은 프레스 판을 사용하여 수지를 프레스하는 방법, 포토리소그래피을 사용하여 형성하는 방법, 프린팅법을 사용하여 형성하는 방법, 및 이산화탄소 가스 레이저 등을 사용하는 레이저광에 의해 형성하는 방법 등을 들 수 있다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 상기 연마층의 두께가 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.5 내지 4mm 정도의 두께가 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.6 내지 3.5mm이다. 상기 두께를 갖는 연마층을 제조하는 방법의 예로서는, 상기 발포체의 블럭을 밴드 소우 방식이나 플래너 방식의 슬라이서를 사용하여 소정 두께로 하는 방법, 소정 두께의 캐비티를 포함하는 금형에 수지를 캐스트하여 경화시키는 방법, 및 코팅 기술 또는 시트 성형 기술을 사용한 방법 등을 들 수 있다.
또한, 연마층의 두께의 편차는 100㎛ 이하인 것이 바람직하고, 특히 50㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다. 두께의 편차가 100㎛ 보다 큰 경우, 연마층이 큰 물결무늬를 가지므로 피연마 대상물에 대해 다른 접촉상태를 갖는 부분이 형성될 수 있어 연마특성을 저하시키는 경향이 있다. 또한, 연마층의 두께의 편차를 해소하기 위해서, 일반적으로는 연마 초기에 다이아몬드 연마용 입자를 전착 또는 융착시킨 드레서를 사용하여 연마층의 표면을 드레싱하지만, 상기 두께의 편차가 상한치 보다 크면 드레싱 시간이 길게 되어 생산 효율을 저하시킬 수 있다. 또한, 두께의 편차를 억제하는 방법으로서는, 소정 두께의 연마 영역 표면을 버핑(buffing)처리하는 방법도 있다. 버핑처리 시에는, 입도 등이 다른 연마 시트로 단계적으로 실행하는 것이 바람직하다.
연마층 및 (광투과 영역 및) 쿠션층을 포함하는 적층 연마패드의 제조방법은 특별히 한정되지 않으며, 다양한 방법이 고려되고 있지만, 구체적인 예를 이하에 설명한다. 이하, 광투과 영역을 갖는 경우의 방법을 예시하고 있지만 광투과 영역이 없는 경우에는 광투과 영역용 개구를 형성하지 않고 제조할 수 있다.
제 1 양태에 있어서, 소정위치에서 소정 크기의 개구를 갖는 연마층에 양면테이프를 접착시키고, 그 밑에 연마층의 개구부와 동일한 위치에서 소정 크기의 개구를 갖는 쿠션층을 접착시킨다. 다음으로, 연마층의 반대 측면에서 쿠션층에 이형지가 결합된 양면테이프를 접착시키고, 연마층의 개구부에 광투과 영역을 삽입시켜 접착시키는 방법이다.
제 2 양태에 있어서, 소정의 크기의 개구를 갖는 연마층을 양면테이프와 접착시키고, 쿠션층을 양면테이프를 사용하여 연마층에 접착시킨다. 그 후, 연마층의 개구부와 동일한 위치 및 크기에서 양면테이프 및 쿠션층에 소정의 크기의 개구를 형성한다. 그 후, 반대 측면에 이형지가 결합된 양면테이프를 쿠션층에 접착시키고, 연마층의 개구부에 광투과 영역을 삽입시켜 접착시키는 방법이다.
제 3 양태에 있어서, 소정 크기의 개구를 갖는 연마층에 양면테이프를 접착시키고, 그 아래에 쿠션층을 접착시킨다. 다음으로, 쿠션층의 반대면에 이형지가 결합된 양면테이프를 접착시킨 후, 연마층의 개구와 동일한 위치 및 크기에서 양면테이프로부터 이형지까지 개구를 형성시킨다. 연마층의 개구부에 광투과 영역을 삽입시켜 접착시키는 방법이 있다. 또한, 이 경우에 광투과 영역의 반대측은 개방된 상태가 되므로 찌꺼기 등이 거기에 축적되는 것을 방지하는 부재를 설치하는 것이 바람직하다.
제 4 양태에 있어서, 쿠션층의 반대측면에 이형지가 결합된 양면테이프를 쿠션층에 접착시킨 후 쿠션층으로부터 이형지까지 개구를 형성한다. 다음으로, 소정의 크기의 개구를 갖는 연마층을 양면테이프에 접착시키고, 이들 개구가 서로 부합되도록 연마층을 쿠션층에 접착시킨다. 다음으로, 연마층의 개구부에 광투과 영역을 삽입시켜 접착시키는 방법이 있다. 또한, 이 경우 연마층의 반대측면은 개방상태가 되어, 찌꺼기가 축적될 가능성이 있기 때문에, 그것을 방지하기 위한 부재를 설치하는 것이 바람직하다.
상기 연마패드의 제조방법에 있어서, 연마층 또는 쿠션층의 개구의 형성 수단은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예컨대, 절삭 공구를 사용하여 프레스하여 개구를 형성하는 방법, 이산화탄소 레이저 등에 의한 레이저를 사용하여 개구를 형성하는 방법, 및 절삭 공구를 사용하여 개구를 형성하는 방법 등을 들 수 있다. 또한, 연마층의 개구부의 크기 및 형상은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 쿠션층은 상기 연마층의 특성을 보충하고 상기 양쪽 층 둘다의 특성에 의해 본 발명의 목적인 연마 속도의 향상과 평탄화 특성, 면내 균일성이 동시에 달성할 수 있고, 전술한 바와 같이 상기 쿠션층은 독립기포 발포체로부터 형성되고, 두께가 0.5 내지 1.0mm이고 변형상수가 0.01 내지 0.08㎛/(gf/㎠)일 것을 필수요건으로 한다. 상기 쿠션층은, 서로 트레이드-오프 관계에 있는 평탄화 특성과 면내 균일성을 양립시키기 위해 필요하다. 평탄화 특성이란, 패턴 형성시에 발생하는 미세요철이 있는 피연마 대상물을 연마한 때의 패턴부의 평탄성을 의미하며, 면내 균일성이란 피연마 대상물 전체의 균일성을 의미한다.
본 발명의 연마패드에 있어서, 상기 쿠션층은, 이것이 독립기포 발포체로부터 형성되며, 두께가 0.5 내지 1.0mm이고 변형상수가 0.01 내지 0.08㎛/(gf/㎠)이라면, 그 형성재료에는 특별히 제한되지 않고, 예컨대 폴리우레탄 수지, 폴리에틸렌 수지 등의 중합체 수지의 독립기포 발포체를 들 수 있다.
폴리우레탄 수지는, 상기의 광투과 영역의 제조에서 기재한 폴리우레탄 수지로부터 상기 특성을 나타낼 수 있는 수지를 선택할 수 있으며, 이 선택된 수지를 사용하여 독립기포 발포체를 형성한다. 독립기포 발포체를 형성하는 방법은, 상기 연마층 제조 방법에서 기재한 방법으로부터 선택하여 채용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 연마층과 쿠션층을 접착시키는 수단으로서는, 예컨대, 연마층과 쿠션층 사이에 양면테이프를 위치시킨 후 프레스하는 방법이 있다.
양면테이프는, 부직포 또는 필름 등의 기재의 양면에 접착층을 구비한 일반적인 구성을 갖는다. 쿠션층에 연마 슬러리가 침투하는 것을 방지하기 위해, 기재로서 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 접착층의 조성으로서는, 예컨대, 고무계 접착제 또는 아크릴계 접착제 등을 들 수 있다. 금속이온의 함유량을 고려하면, 아크릴계 접착제가 금속이온 함유량이 적기 때문 바람직하다. 또한, 연마층과 쿠션층의 조성이 서로 상이할 수 있기 때문에, 양면테이프의 각 접착층의 조성을 다르게 하고, 각 층의 접착력을 적정한 범위로 하는 것도 가능하다.
쿠션층과 양면테이프를 접착하는 수단으로서는, 쿠션층에 양면테이프를 프레스하여 접착시키는 방법이 있다. 상기 양면테이프에 있어서, 상기 연마층과 쿠션층을 접착시키는 양면테이프에서 기재한 바와 같이, 부직포 또는 필름 등의 기재의 양면에 접착층을 구비한 일반적인 구성을 갖는다. 연마패드의 사용 후에, 양면테이프가 플래튼으로부터 박리될 염려가 있기 때문에, 기재에 필름을 사용하면 쿠션층 상에서 테이프의 잔류 등이 해소될 수 있어 바람직하다. 또한, 접착층의 조성은 상기 연마층과 쿠션층을 접착시키는 양면테이프와 동일한 것을 사용할 수 있다.
반도체 디바이스는, 상기 연마패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 통해 제조된다. 반도체 웨이퍼란, 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 배선 금속 및 산화막을 적층함으로써 형성된 것이다. 반도체 웨이퍼의 연마방법 및 연마장치는 특별히 한정되지 않으며, 예컨대, 연마방법은 연마패드를 지지하는 연마 플래튼, 반도체 웨이퍼를 지지하는 지지대(폴리싱 헤드), 웨이퍼에 균일한 압력을 제공하기 위한 백킹 및 슬러리의 공급 메카니즘을 포함한 연마장치 등을 사용하여 실시된다. 연마패드는, 예컨대 양면테이프와의 접착에 의해 연마 플래튼에 장착된다. 연마 플래튼과 지지대는, 각각 연마 플래튼과 지지대에 의해 지지된 연마패드와 반도체 웨이퍼가 서로 대향하도록 배치되고 각각 회전축을 가지고 있다. 또한, 지지대 측에는, 반도체 웨이퍼를 연마패드에 가압, 밀착하기 위한 가압 메카니즘이 제공된다. 연마 동안, 연마 플래튼과 지지대를 회전시키면서 반도체 웨이퍼를 연마패드에 가압, 밀착하고 슬러리를 공급하면서 연마가 실시된다. 슬러리의 유량, 연마하중, 연마 플래튼 회전수, 및 반도체 웨이퍼의 회전수는 특별히 제한되지 않으며, 적절하게 조정하여 실시된다.
이에 따라, 반도체 웨이퍼의 표면의 돌출한 부분이 제거되어 평탄한 형상으로 연마된다. 연마 후, 다이싱(dicing), 본딩, 포장 등을 실시함으로서 반도체 디바이스가 제조된다. 반도체 디바이스는 연산처리장치 또는 메모리 등에 사용된다.
이하, 실시예를 참조로 하여 본 발명이 더욱 구체적으로 설명되지만, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 또한, 실시예 등에 있어서, 평가항목은 다음과 같이 측정했다.
변형상수
쿠션층을 직경이 0.5인치인 디스크로 절단하여 변형상수 측정용 시료로 사용하고, 23℃ ± 2℃의 온도, 60% ± 10%의 습도의 환경하에서 만능 재료 시험기(인스트론(Instron)사제 모델 5848)를 사용하여 0.1mm/분의 압축속도에서 시료의 압축량과 하중을 측정하였다. 압축하중 대 압축량에 대한 결과의 그래프에서 압축하중 300 gf/㎠의 데이터 값 및 압축하중 1000 gf/㎠의 데이터 값을 플롯한 1차 근사 분석치로부터 산출된 직선의 기울기를 사용하여 변형상수를 얻었다.
압축율
직경 7mm인 디스크(두께: 임의)로 절단된 연마층 재료를 압축율 측정용 시료로 사용하고, 23℃ ± 2℃의 온도 및 50% ± 5%의 습도의 환경에서 40시간 동안 정치시켰다. 열분석측정기 TMA(세이코 인스트루먼트(SEIKO INSTRUMENTS)사제, SS6000)를 사용하여 압축율을 측정했다.
또한, 압축율은 하기 수학식 1을 사용하여 계산하였다:
Figure 112006068833200-PCT00001
상기 식에서, T1은 시료에 무부하 상태로부터 30KPa(300g/㎠)의 응력을 60초 동안 부하한 때의 시료의 두께이며, T2는 T1의 상태로부터 180KPa(1800 g/㎠)의 응력을 60초간 동안 부하한 후의 시료의 두께이다.
굴곡 탄성율
연마층을 2.0mm의 두께, 10mm의 폭 및 50mm의 길이로 절단하여 굴곡 탄성율 측정용 시료로 사용하고, 재료시험기(도요 발드윈(Toyo Baldwin)사제, 텐실론(Tensilone) UTM-4LH)를 사용하여, 32mm의 지점간 거리 및 2mm/분의 시험속도로 JIS K7171에 의거하여 3회 측정하고, 그 평균치를 구하여 굴곡 탄성율로 하였다.
평균 기포직경의 측정
평균 기포직경의 측정에서 약 1mm의 두께가 되도록 마이크로톰 커터를 사용하여 층에 평행하게 절단한 연마층 등의 재료를 평균 기포직경 측정용 시료로서 사용하였다. 시료를 슬라이드 유리 상에 놓고, 화상처리장치(도요보(Toyobo)사제의 화상 분석기(Image Analyzer) V10)를 사용하여 임의의 0.2mm x 0.2mm 평방 면적에 대해 전체 기포직경을 측정하고 평균 기포직경을 산출하였다.
비중의 측정
비중은 JIS Z8807-1976에 의거하여 실시하였다. 4cm x 8.5cm(두께: 임의)의 스트립으로 절단된 연마층 등의 재료를 비중 측정용 시료로 사용하고, 23℃ ± 2℃의 온도 및 50% ± 5%의 습도의 환경에서 16시간 정치시켰다. 비중계(사르토리우스(Sartorius) 사제)를 사용하여 비중을 측정했다.
경도의 측정
경도는 JIS K6253-1997에 의거하여 실시하였다. 2cm x 2cm(두께: 임의)의 크기로 절단된 연마층 등의 재료를 경도 측정용 시료로 사용하고, 23℃ ± 2℃의 온도 및 50% ± 5%의 습도의 환경에서 16시간동안 정치시켰다. 측정 시에는, 6mm 이상의 두께를 갖는 시료의 스택에 대해 경도계(고분시 게이키(Kobunshi Keiki)사제, 아스카(Asker)-D 경도계)를 사용하여 경도를 측정하였다.
연마특성의 평가
연마장치로서 SPP600S(오카모토 머신 툴 워크(Okamoto Machine Tool works)사제)를 사용하고, 제조된 연마패드를 사용하여 연마특성을 평가하였다.
연마 속도
연마 속도의 평가는, 8인치의 두께를 갖는 실리콘 웨이퍼 상에 형성된 1㎛의 열산화막이 약 0.5㎛로 연마될 때의 시간으로부터 계산하였다. 산화막의 두께 측정에는, 간섭식 막두께 측정 장치(오쓰카 덴시샤(Otsuka denshisha)사제)를 사용했다. 연마 조건에 있어서, 슬러리는 실리카 슬러리 세미스퍼스(SemiSperse)-12(카보트(Cabot)사제)로서 연마 동안에 150ml/분의 유량으로 첨가되었으며, 연마하중은 350g/㎠이며, 연마 플래튼 회전수는 35rpm이며, 웨이퍼 회전수는 30rpm이었다.
면내 균일성
면내 균일성은, 연마종료 후 실리콘 웨이퍼의 연마된 표면 상에서 막의 두께를 25점으로 측정하였다. 막의 최대 두께 Tmax 및 최소 두께 Tmin을 사용하여 하기 수학식 2에 따라 면내 균일성(%)을 산출하였다:
Figure 112006068833200-PCT00002
면내 균일성 값이 작을수록, 실리콘 웨이퍼 표면 내의 균일성은 높다.
평탄화 특성
평탄화 특성의 평가는, 8인치의 실리콘 웨이퍼에 열산화막을 0.5㎛로 증착시킨 후 패턴화시키고, p-TEOS(테트라에톡시실란)의 산화막을 1㎛로 증착시켜, 초기 단차가 0.5㎛인 패턴을 갖는 웨이퍼를 제조하였다. 이 웨이퍼를 상술한 조건에서 연마하고, 연마후 각 단차를 측정하여 평탄화 특성을 평가하였다. 평탄화 특성으로서 2개의 단차를 측정하였다. 하나는 국부단차로서, 이것은 폭 270㎛의 라인이 30㎛의 스페이스로 병립된 패턴에서의 단차이며, 연마 1분 후의 단차를 측정하였다. 또 다른 하나는 두 개의 패턴, 즉 폭 270㎛의 라인이 30㎛의 스페이스로 존재하는 패턴과 폭 30㎛의 라인이 270㎛의 스페이스로 존재하는 패턴에서의 라인 상부의 전체 단차가 2000Å 이하가 될 때의 270㎛의 스페이스의 마모량을 측정한 것이다. 국부단차의 수치가 낮으면, 임의 시간에서 웨이퍼 상의 패턴에 따라 형성된 산화막의 요철의 평탄화 속도가 크다는 것을 의미한다. 또한, 스페이스에서의 마모량이 적으면, 연마하지 않고자 하는 부분에서의 연마량이 적어서 평탄화 특성이 우수하다는 것을 보여준다.
실시예 1
열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 E 568(니폰 미라크트란(Nippon Miractran)사제, 쇼어(Shore) D 경도 68)을 압출기를 사용하여 폭 650mm, 두께 1.5mm의 시트 로 압출시키고 길이 650mm로 절단하여, 650mm x 650mm x 1.5mm의 시트를 얻었다. 상기 시트를 압력용기 내에 넣어, 40℃의 온도 및 15MPa에서 이산화탄소 분위기 하에 24시간 방치하고, 상기 시트를 이산화탄소에 충분히 함침시켰다. 이것을 용기로부터 꺼내고, 80℃로 가열된 2개의 테프론 시트에 위치시키고, 즉시 145℃의 오일 배스에 위치시키고, 40초 동안 침지처리하여 발포시켰다. 수득된 시트 발포체를 버프기로 버핑처리하여 1.3mm 두께의 연마층 시트를 수득하였다. 수득된 연마층 시트의 비중은 0.76g/㎤이었으며, 평균 기포직경은 18㎛이며, 경도는 47이고, 굴곡 탄성율은 255MPa이고, 압축율은 1.3%이었다.
표면홈 가공기(도호 엔지니어링(Toho Engineering)사제)에 의해서, 홈깊이 0.4mm, 홈폭 0.25mm, 홈피치 1.5mm의 동심원 형상 홈을 연마층 시트의 한면에 형성하고, 연마층을 직경 24인치(610mm)의 디스크로 제조하였다.
한편, 독립기포 발포체의 폴리우레탄 수지로 형성된, 두께 0.8mm, 변형상수 0.07㎛/(gf/㎠)의 직경 24인치(610mm)를 갖는 디스크로 쿠션층을 제조하고, 이것과 상기 연마층을 양면테이프(세키슈 케미칼(Sekisui Chemical)사제, 더블-택(Double-tack) 테이프 #5782)를 사용하여 서로 접착시키고, 또한 쿠션층의 연마층과 반대측면에 플래튼용 양면테이프(세키슈 케미칼사제, 더블-택(Double-tack) 테이프 #5784)를 접착시켜 연마패드를 제조하였다.
비교예 1
불소 코팅된 반응용기 내에, 여과된 폴리에터계 프리폴리머(유니로얄(Uniroyal)사제 아디프렌(Adiprene) L-325, NCO 함량: 2.22meq/g) 100중량부, 및 여과된 실리콘계 비이온 계면활성제(도레이 다우 코닝 실리콘사제, SH 192) 3중량부를 혼입하고, 온도를 80℃로 유지하였다. 불소 코팅된 교반기를 사용하여, 회전수 약 900rpm에서 반응계 내에 공기를 주입하면서 약 4분 동안 혼합물을 격렬하게 교반하였다. 여기에 미리 120℃로 용융되고 여과된 4,4'-메틸렌-비스(o-클로로아닐린)(이하라 케미칼(Ihara Chemical)사제의 이하라 쿠아민(Ihara Cuamine) MT) 26중량부를 첨가했다. 그 후, 약 1분 동안 교반을 계속하여 불소 코팅된 팬 유형의 개방 금형으로 반응용액을 주입하였다. 이 반응용액의 유동성이 없어졌을 때, 금형을 오븐내에 넣고, 110℃에서 6시간 동안 후경화하여 폴리우레탄 수지 발포체의 블럭을 수득하였다. 상기 폴리우레탄 수지 발포체 블럭을 밴드 소우 유형의 슬라이서(펙켄(Fecken)사제)를 사용하여 슬라이스하고, 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 수득하였다. 다음에, 상기 시트를 버프기(아미텍(Amitec)사제)를 사용하여 버핑처리하여 소정의 두께(시트 두께: 1.27mm)의 시트를 형성하였다. 상기 버핑처리된 시트를 소정의 직경(24인치, 610mm)를 갖는 디스크로 펀칭하고, 표면홈 가공기(도호 엔지니어링(Toho Engineering)사제)를 사용하여 표면에 홈폭 0.25mm, 홈피치 1.50mm, 홈깊이 0.40mm의 동심원 형상의 홈을 형성하여 연마층을 제조하였다. 제조된 연마층의 각 물성은, 평균 기포직경이 45㎛이었고, 비중이 0.87g/㎤이었으며, 경도가 53도이고, 압축율이 1.0%이며, 굴곡 탄성율이 260MPa였다.
한편, 독립기포 발포체의 폴리에틸렌 수지로 형성된 두께 1.3mm, 변형상수 0.14㎛/(gf/㎠)인 직경 24인치(610mm)를 갖는 디스크로 형성된 쿠션층을 제조하여, 이것과 상기 연마층을 양면테이프(세키슈 케미칼사제, 더블-택 테이프 #5782)를 사 용하여 접착시키고, 또한 연마층과 반대측면에 플래튼용 양면테이프(세키슈 케미칼사제, 더블-택 테이프 #5784)를 접착시켜 연마패드를 제조하였다.
비교예 2
쿠션층으로서, 독립기포 발포체의 폴리에틸렌수지로 형성된 두께 0.4mm, 변형상수 0.13㎛/(gf/㎠)의 직경 24인치(610mm)를 갖는 디스크를 제조하여, 이것과 실시예 1에서 사용한 연마층을 비교예 1와 같이 적층시켜 연마패드를 제조하였다.
비교예 3
실리콘계 비이온 계면활성제를 20중량부로 변경한 것 이외에는, 비교예 1과 같이 연마층을 제작했다. 수득된 연마층의 각 물성은, 평균 기포직경이 25㎛이었고, 비중이 0.7g/㎤이었으며, 경도가 40이었으며, 압축율이 2.0%이고, 굴곡 탄성율이 170MPa였다.
상기 연마층에, 실시예 1에서 사용한 쿠션층을 실시예 1와 같이 적층시켜 연마패드를 제조하였다.
실시예 1 및 비교예 1 내지 3의 연마패드의 연마특성을 평가하였다. 그 측정 결과를 하기 표 1에 기재하였다. 실시예 1의 연마패드는 연마 속도, 면내 균일성, 평탄화 특성이 모두 만족하였다. 그러나, 비교예 1의 연마패드는, 연마 속도 및 면내 균일성에서는 실시예 1의 연마패드 보다는 뒤떨어지지만 만족할 수 있는 범위이었고, 그러나 평탄화 특성에 있어서는 만족할 수 있는 수준으로부터 크게 벗어났다. 비교예 2의 연마패드는, 연마 속도 및 평탄화 특성에서는 실시예의 연마패드 보다는 뒤떨어지지만 만족할 수 있는 범위이었고, 그러나 면내 균일성은 크게 악화되었다. 비교예 3의 연마패드는, 면내 균일성은 매우 양호하지만, 연마 속도 및 평탄화 특성은 크게 악화되었다.
Figure 112006068833200-PCT00003

Claims (7)

  1. 연마층과 쿠션층을 포함한, 반도체 웨이퍼를 연마하는 연마패드로서, 상기 연마층이 발포 폴리우레탄으로부터 형성되며 250 내지 350MPa의 굴곡 탄성율을 갖고, 상기 쿠션층이 독립기포 발포체(closed-cell foam)로부터 형성되며 0.5 내지 1.0mm의 두께 및 0.01 내지 0.08㎛/(gf/㎠)의 변형상수를 갖는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 발포 폴리우레탄이 1 내지 70㎛의 평균 기포직경을 갖는 연마패드.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 발포 폴리우레탄이 0.5 내지 1.0g/㎤의 비중을 갖는 연마패드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포 폴리우레탄이 45 내지 65도의 경도를 갖는 연마패드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발포 폴리우레탄이 0.5 내지 5.0%의 압축율을 갖는 연마패드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 쿠션층이, 폴리우레탄 수지 및 폴리에틸렌 수지로 이루어지는 군으로부터 선택된 1종 이상으로부터 형성되는 연마패드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항중 어느 한 항에 따른 연마패드를 사용하여 적어도 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조방법.
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