KR20140049079A - 연마 패드 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 크기가 큰 경우에도 연마 정반에 평탄하게 부착할 수 있는 적층 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명의 적층 연마 패드는, 연마층과 지지층이 접착 부재를 통하여 적층된 것이며, 상기 연마층은 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하고 있고, 상기 지지층은 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 것이며, 상기 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인 것을 특징으로 한다.

Description

연마 패드{POLISHING PAD}
본 발명은 렌즈, 반사 미러 등의 광학 재료나 실리콘 웨이퍼, 하드디스크용 유리 기판, 알루미늄 기판, 및 일반적인 금속 연마 가공 등의 고도의 표면 평탄성이 요구되는 재료의 평탄화 가공을 안정적으로, 또한 높은 연마 효율로 행할 수 있는 적층 연마 패드에 관한 것이다. 본 발명의 적층 연마 패드는, 특히 실리콘 웨이퍼 및 그 위에 산화물층, 금속층 등이 형성된 디바이스를, 나아가서는 이들 산화물층이나 금속층을 적층·형성하기 전에 평탄화하는 공정에 바람직하게 사용된다.
반도체 장치를 제조할 때는, 웨이퍼 표면에 도전성 막을 형성하고, 포토리소그래피, 에칭 등을 행함으로써 배선층을 형성하는 형성하는 공정이나, 배선층 상에 층간 절연막을 형성하는 공정 등이 행해지고, 이들 공정에 의해 웨이퍼 표면에 금속 등의 도전체나 절연체로 이루어지는 요철이 생긴다. 최근, 반도체 집적회로의 고밀도화를 목적으로 하여 배선의 미세화나 다층 배선화가 진행되고 있으며, 이에 따라, 웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 기술이 중요해지고 있다.
웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 방법으로서는, 일반적으로 케미컬 메카니컬 폴리싱(이하, CMP라고 함)이 채용되고 있다. CMP는, 웨이퍼의 피연마면을 연마 패드의 연마면에 가압한 상태에서, 연마재가 분산된 슬러리상(狀)의 연마제(이하, 슬러리라고 함)를 사용하여 연마하는 기술이다. CMP에서 일반적으로 사용하는 연마 장치는, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이, 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 피연마재(반도체 웨이퍼)(4)를 지지하는 지지대(폴리싱헤드)(5)와 웨이퍼의 균일한 가압을 행하기 위한 백킹재(backing material)와, 연마제 공급 기구를 구비하고 있다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접합함으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 연마 패드(1)와 피연마재(4)가 대향하도록 배치되고, 각각에 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5) 측에는, 피연마재(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다.
특허 문헌 1에서는, 반도체 기판을 연마 헤드에 고정하고, 연마 정반에 체적탄성율이 600 kg/cm2 이상이며, 또한 압축 탄성률이 10 kg/cm2 이상 140 kg/cm2 이하인 쿠션층을 통하여 고착(固着)된, 마이크로 고무 A 경도가 70도 이상인 연마층을 상기 반도체 기판에 가압하여 상기 반도체 기판 자체의 휨 또는 요철을 상기 쿠션층에 흡수시킨 상태에서 상기 연마 헤드 또는 연마 정반 또는 그 양쪽을 회전시켜 상기 반도체 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판의 연마 방법이 제안되어 있다.
최근, 반도체 웨이퍼의 대형화에 의해 연마 패드도 대형화되고 있고, 연마 정반에 큰 연마 패드를 부착하는 작업이 곤란해지고 있다. 연마 정반에 연마 패드를 부착하는 작업에 있어서는, 가능한 평탄하게 되도록 연마 패드를 부착할 필요가 있다. 그러나, 연마 패드가 커지면, 부착 시에 연마 패드와 연마 정반의 사이에 공기가 쉽게 들어간다. 공기가 들어간 부분은 볼록형으로 돌출하기 때문에, 그 부분에 의해 반도체 웨이퍼의 연마 가공에 문제(예를 들면, 연마의 균일성의 악화, 드레서에 의한 연마층의 파괴 등)가 발생하는 과제가 있다.
일본 특허출원 공개번호 2000-117619호 공보
본 발명은, 큰 경우에도 연마 정반에 평탄하게 부착할 수 있는 적층 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 상기 적층 연마 패드를 사용한 반도체 디바이스의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명자들은, 상기 문제를 해결하기 위해 검토를 거듭한 결과, 이하에 나타내는 적층 연마 패드에 의해 상기 목적을 달성할 수 있는 것을 발견하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
즉, 본 발명은, 연마층과 지지층이 접착 부재를 통하여 적층되어 있는 적층 연마 패드에 있어서, 상기 연마층은 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하고 있고, 상기 지지층은 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 것이며, 상기 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인 것을 특징으로 하는 적층 연마 패드에 관한 것이다.
도 2는, 종래의 휘어져 있지 않은 연마 패드를 연마 정반에 부착하는 공정을 나타낸 개략도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 종래에는, 먼저 연마 패드(1)의 일단을 연마 정반(2)의 단부(端部)에 부착하고, 그리고, 연마 패드(1)의 일단으로부터 대향단을 향해 연마 패드(1)를 연마 정반(2)에 가압하면서 부착하고 있었다. 그러나, 이와 같은 종래의 부착 방법의 경우, 연마 패드가 커지면 패드 주위가 자중(自重)에 의해 처져서 공기를 머금기 쉽다.
한편, 도 3은, 본 발명의 휘어져 있는 적층 연마 패드를 연마 정반에 부착하는 공정을 나타낸 개략도이다. 본 발명의 적층 연마 패드(1)는 연마층(9) 측이 오목형으로 되도록 휘어져 있다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 먼저 적층 연마 패드(1)의 중심 부분을 연마 정반(2)의 중심 부분에 접합하고, 그리고 적층 연마 패드(1)의 중심 부분으로부터 주위끝을 향해 적층 연마 패드(1)를 연마 정반(2)에 가압하면서 접합함으로써, 공기를 머금지 않고 적층 연마 패드(1)를 연마 정반(2)에 평탄하게 부착할 수 있다.
단, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어진 적층 연마 패드를 연마 정반에 부착하면, 패드 주위끝이 연마 정반으로부터 이격되도록 내부 응력이 생기므로, 패드 주위끝이 연마 정반으로부터 박리하기 쉽다. 그러나, 본 발명의 적층 연마 패드의 연마층은, 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하고 있으므로, 웨트 처리시의 초순수, 또는 연마시의 슬러리에 의해 연마층이 팽윤(팽창)한다. 이로써, 패드 주위끝에 가해지는 내부 응력이 완화되어, 패드 주위끝이 연마 정반으로부터 박리하기 어려워진다.
친수성 물질의 함유량이 0.5 중량% 미만인 경우에는, 초순수 등에 의해 연마층이 팽윤하기 어려워지기 때문에, 패드 주위끝에 가해지는 내부 응력이 완화되기 어려워져, 패드 주위끝이 연마 정반으로부터 박리하기 쉽다. 한편, 친수성 물질의 함유량이 5 중량%를 초과하는 경우에는, 초순수 등에 의해 연마층이 지나치게 팽윤하여 연마층의 경도가 저하되므로, 연마 특성에 악영향을 미친다.
지지층으로서는, 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 것을 사용한다. 상기 지지층을 사용함으로써, 패드 주위끝의 휨 량을 3∼50 ㎜로 조정할 수 있다. 수지 필름의 열치수 변화율이 1.3% 미만인 경우, 패드 주위끝의 휨 량을 3 ㎜이상으로 할 수 없다. 한편, 수지 필름의 열치수 변화율이 12.6%를 초과하는 경우, 쿠션층과 수지 필름을 일체로 성형할 때, 열수축에 의해 수지 필름에 주름이 발생하여, 지지층을 제작할 수 없다.
패드 주위끝의 평균 휨 량이 3 ㎜ 미만인 경우에는, 적층 연마 패드의 중심 부분으로부터 주위끝을 향해 적층 연마 패드를 연마 정반에 접합할 때, 패드 주위가 처져서 공기를 머금기 쉽다. 한편, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 50 ㎜를 초과하는 경우에는, 연마 정반에 부착된 패드 주위끝에 가해지는 내부 응력이 지나치게 커지기 때문에, 초순수 등에 의해 연마층이 팽윤했다고 해도 패드 주위끝에 가해지는 내부 응력을 충분히 완화할 수 없다. 그러므로, 패드 주위끝이 연마 정반으로부터 박리하고 쉽다.
또한, 본 발명은, 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하는 연마층을 30∼100 ℃로 가열하는 공정, 및 가열한 연마층과, 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 지지층을 접착 부재를 통하여 부착하는 공정을 포함하고, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인 적층 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다.
연마층을 30∼100 ℃로 가열한 상태에서, 연마층과 상기 지지층을 접착 부재를 통하여 접합함으로써, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인 적층 연마 패드를 제조할 수 있다. 패드의 휨은, 가열에 의해 연마층이 신장된 상태로 접합되고, 그 후, 냉각에 의해 연마층이 수축함으로써 일어나는 것으로 여겨진다.
또한, 본 발명은, 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 지지층의 쿠션층 상에 핫멜트 접착제 시트를 적층하는 공정, 적층한 핫멜트 접착제 시트를 가열하여 핫멜트 접착제를 용융 또는 연화시키는 공정, 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제 상에 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하는 연마층을 적층하여 적층 시트를 제작하는 공정, 적층 시트를 30∼100 ℃로 가열한 롤의 사이로 통과시켜 압착하는 공정, 및 적층 시트의 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제를 경화시키는 공정을 포함하고, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인 적층 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은, 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 지지층의 쿠션층 상에 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제를 도포하는 공정, 및 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제 상에 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하는 연마층을 적층하여 적층 시트를 제작하는 공정, 적층 시트를 30∼100 ℃로 가열한 롤의 사이로 통과시켜 압착하는 공정, 및 적층 시트의 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제를 경화시키는 공정을 포함하고, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인 적층 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 제조 방법에 의해 적층 연마 패드의 휨이 일어나는 이유는 전술한 바와 같다.
핫멜트 접착제의 용융 온도는 130∼170 ℃인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 상기 적층 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 적층 연마 패드는, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어지는 구조를 가진다. 그러므로, 적층 연마 패드가 큰 경우라도 연마 정반에 공기를 머금지 않고 평탄하게 부착할 수 있다.
도 1은 CMP 연마에서 사용하는 연마 장치의 일례를 나타낸 개략 구성도이다.
도 2는 종래의 휘어져 있지 않은 연마 패드를 연마 정반에 부착하는 공정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 휘어진 적층 연마 패드를 연마 정반에 부착하는 공정을 나타낸 개략도이다.
본 발명에서 사용하는 연마층은, 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하는 것이면 되고, 발포체라도 되고 무발포체라도 되지만, 미세 기포를 가지는 발포체인 것이 바람직하다. 연마층은, 친수성 물질을 0.6∼2 중량% 함유하는 것이 바람직하다.
본 발명에 있어서 친수성 물질이란, 10 g의 물에 10 g 이상 용해 또는 혼화하는 물질을 말한다. 예를 들면, 에틸렌글리콜 및 디에틸렌글리콜 등의 다가 알코올; 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 에틸렌글리콜모노에틸에테르, 에틸렌글리콜모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노에틸에테르, 및 디에틸렌글리콜모노부틸에테르 등의 에틸렌글리콜모노에테르; 에틸렌글리콜디메틸에테르, 에틸렌글리콜디에틸에테르, 에틸렌글리콜디부틸에테르, 디에틸렌글리콜디메틸에테르, 디에틸렌글리콜디에틸에테르, 및 디에틸렌글리콜디부틸에테르 등의 에틸렌글리콜디에테르; 테트라에틸렌디(메타)아크릴레이트; 디에틸렌글리콜에 에틸렌옥시드를 부가 중합시킨 폴리에틸렌글리콜; 폴리실록산에 에틸렌옥시드를 부가 중합시킨 폴리실록산 에테르 등이 있다. 친수성 물질은, 연마층을 구성하는 수지나 그 원료와 반응하지 않는 것이 바람직하고, 특히 에틸렌글리콜디에테르을 사용하는 것이 바람직하다.
연마층을 구성하는 수지로서는, 예를 들면, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리불화 비닐리덴 등), 폴리스티렌, 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 에폭시 수지, 감광성 수지 등의 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 있다. 폴리우레탄 수지는 내마모성이 우수하며, 원료 조성을 여러 가지로 변경함으로써 원하는 물성을 가지는 폴리머를 용이하게 얻을 수 있으므로, 연마층의 형성 재료로서 특히 바람직한 재료이다. 이하에서, 상기 발포체를 대표하여 폴리우레탄 수지 발포체에 대하여 설명한다.
상기 폴리우레탄 수지는, 이소시아네이트 성분, 폴리올 성분(고분자량 폴리올, 저분자량 폴리올 등), 및 쇄연장제로 이루어지는 것이다.
이소시아네이트 성분으로서는, 폴리우레탄의 분야에 있어서 공지의 화합물을 특별히 한정없이 사용할 수 있다. 이소시아네이트 성분으로서는, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, m-페닐렌디이소시아네이트, p-크실렌디이소시아네이트, m-크실렌디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트; 에틸렌디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트; 1,4-시클로헥산디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 노르보르난디이소시아네이트 등의 지환식 디이소시아네이트를 예로 들 수 있다. 이들은 1종으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
고분자량 폴리올로서는, 폴리우레탄의 기술 분야에 있어서, 통상적으로 사용되는 것을 예로 들 수 있다. 예를 들면, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리에틸렌글리콜 등으로 대표되는 폴리에테르 폴리올, 폴리부틸렌아디페이트로 대표되는 폴리에스테르 폴리올, 폴리카프로락톤 폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르글리콜과 알킬렌카보네이트와의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스테르폴리카보네이트 폴리올, 에틸렌카보네이트를 다가 알코올과 반응시키고, 이어서, 얻어진 반응 혼합물을 유기 디카르본산과 반응시킨 폴리에스테르폴리카보네이트 폴리올, 폴리하이드록실 화합물과 아릴카보네이트와의 에스테르 교환 반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트 폴리올 등이 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
폴리올 성분으로서 전술한 고분자량 폴리올 외에, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 2,3-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜 탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠, 트리메틸올프로판, 글리세린, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨, 테트라메틸올시클로헥산, 메틸글구코시드, 소르비톨, 만니톨, 덜시톨, 수크로오스, 2,2,6,6-테트라키스(하이드록시메틸)시클로헥산올, 디에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, 및 트리에탄올아민 등의 저분자량 폴리올을 병용할 수 있다. 또한, 에틸렌디아민, 톨릴렌디아민, 디페닐메탄디아민, 및 디에틸렌트리아민 등의 저분자량 폴리아민을 병용할 수도 있다. 또한, 모노에탄올아민, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 및 모노프로판올아민 등의 알코올아민을 병용할 수도 있다. 이들 저분자량 폴리올, 저분자량 폴리아민 등은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 저분자량 폴리올이나 저분자량 폴리아민 등의 배합량은 특별히 한정되지 않고, 제조되는 연마층에 요구되는 특성에 의해 적절하게 결정된다.
폴리우레탄 수지 발포체를 프리폴리머법에 의해 제조하는 경우에 있어서, 프리폴리머의 경화에는 쇄연장제를 사용한다. 쇄연장제는, 적어도 2개 이상의 활성 수소기를 가지는 유기 화합물이며, 활성 수소기로서는, 수산기, 제1급 또는 제2급 아미노기, 티올기(SH) 등을 예시할 수 있다. 구체적으로는, 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(MOCA), 2,6-디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4'-메틸렌비스(2,3-디클로로아닐린), 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,4-디아민, 3,5-디에틸톨루엔-2,6-디아민, 트리메틸렌글리콜-디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드-디-p-아미노벤조에이트, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라에틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디이소프로필-5,5'-디메틸디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3',5,5'-테트라이소프로필디페닐메탄, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, N,N'-디-sec-부틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, m-크실렌디아민, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 및 p-크실렌디아민 등으로 예시되는 폴리아민류, 또는 전술한 저분자량 폴리올이나 저분자량 폴리아민을 예로 들 수 있다. 이들은 1종으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
본 발명에서의 이소시아네이트 성분, 폴리올 성분, 및 쇄연장제의 비는, 각각의 분자량이나 적층 연마 패드의 원하는 물성 등에 의해 여러 가지로 변경할 수 있다. 원하는 연마 특성을 가지는 적층 연마 패드를 얻기 위해서는, 폴리올 성분과 쇄연장제의 합계 활성 수소기(수산기＋아미노기) 수에 대한 이소시아네이트 성분의 이소시아네이트 기수는, 0.80∼1.20인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99∼1.15이다. 이소시아네이트 기수가 전술한 범위 밖의 경우에는, 경화 불량이 생겨, 요구되는 비중 및 경도를 얻지 못하고, 연마 특성이 저하되는 경향이 있다.
폴리우레탄 수지 발포체는, 용융법, 용액법 등 공지의 우레탄화 기술을 응용하여 제조할 수 있지만, 비용, 작업 환경 등을 고려한 경우, 용융법으로 제조하는 것이 바람직하다.
폴리우레탄 수지 발포체의 제조는, 프리폴리머법, 원샷(one-shot)법 중 어느 방법도 사용 가능하지만, 사전에 이소시아네이트 성분과 폴리올 성분으로부터 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 합성해 두고, 여기에 쇄연장제를 반응시키는 프리폴리머법이, 얻어지는 폴리우레탄 수지의 물리적 특성이 우수하여 매우 적합하다.
폴리우레탄 수지 발포체의 제조 방법으로서는, 중공 비즈를 첨가시키는 방법, 기계적 발포법, 화학적 발포법 등을 예로 들 수 있다.
특히, 폴리알킬실록산과 폴리에테르의 공중합체로서 활성 수소기를 가지고 있지 않은 실리콘 계 계면활성제를 사용한 기계적 발포법이 바람직하다.
그리고, 필요에 따라 산화 방지제 등의 안정제, 윤활제, 안료, 충전제, 대전 방지제, 그 외의 첨가제를 더해도 된다.
폴리우레탄 수지 발포체는 독립 기포 타입이라도 되고, 연속 기포 타입이라도 된다.
폴리우레탄 수지 발포체의 제조는, 각 성분을 계량하여 용기에 투입하고, 교반하는 배치 방식으로 행할 수도 있고, 또한 교반 장치에 각 성분과 비반응성 기체를 연속적으로 공급하여 교반하고, 기포 분산액을 송출하여 성형품을 제조하는 연속 생산 방식으로 행할 수도 있다.
또한, 폴리우레탄 수지 발포체의 원료로 되는 프리폴리머를 반응 용기에 넣고, 그 후 쇄연장제를 투입하고, 교반한 후, 소정의 크기의 주형에 주입하여 블록을 제작하고, 그 블록을 대패형, 또는 밴드소형의 슬라이서를 사용하여 슬라이싱하는 방법을 사용할 수도 있고, 또는 전술한 주형의 단계에서, 얇은 시트형으로 만들 수도 있다. 또한, 원료가 되는 수지를 용해하고, T 다이로부터 압출 성형하여 직접 시트형의 폴리우레탄 수지 발포체를 얻을 수도 있다.
상기 폴리우레탄 수지 발포체의 평균 기포 직경은, 30∼80 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30∼60 ㎛이다. 전술한 범위로부터 벗어나는 경우에는, 연마 속도가 저하되거나, 연마 후의 피연마재(웨이퍼)의 평탄성(planarity)이 저하되는 경향이 있다.
상기 폴리우레탄 수지 발포체의 비중은, 0.5∼1.3인 것이 바람직하다. 비중이 0.5 미만의 경우, 연마층의 표면 강도가 저하되고, 피연마재의 평탄성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 1.3보다 큰 경우에는, 연마층 표면의 기포수가 적어져서, 평탄성은 양호하지만, 연마 속도가 저하되는 경향이 있다.
상기 폴리우레탄 수지 발포체의 경도는, 아스카 D 경도계에 의해, 40∼75 도인 것이 바람직하다. 아스카 D 경도가 40도 미만인 경우에는, 피연마재의 평탄성이 저하되고, 또한, 75도보다 큰 경우에는, 평탄성은 양호하지만, 피연마재의 균일성(uniformity)이 저하되는 경향이 있다.
연마층의 피연마재와 접촉하는 연마 표면은, 슬러리를 유지·갱신하기 위한 요철 구조를 가지는 것이 바람직하다. 발포체로 이루어지는 연마층은, 연마 표면에 많은 개구를 가지고, 슬러리를 유지·갱신하는 기능을 가지고 있지만, 연마 표면에 요철 구조를 형성함으로써, 슬러리의 유지와 갱신을 더욱 효율적으로 행할 수 있고, 또한 피연마재와의 흡착에 의한 피연마재의 파괴를 방지할 수 있다. 요철 구조는, 슬러리를 유지·갱신하는 형상이면 특별히 한정되지 않고, 예를 들면, XY 격자 홈, 동심원형 홈, 관통공, 관통하고 있지 않은 구멍, 다각기둥, 원기둥, 나선형 홈, 편심원형 홈, 방사상 홈, 및 이들 홈을 조합한 것이 있다. 또한, 이들 요철 구조는 규칙성이 있는 것이 일반적이지만, 슬러리의 유지·갱신성을 바람직한 것으로 하기 위해, 소정 범위마다 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등을 변화시킬 수도 있다.
연마층의 형상은 특별히 제한되지 않으며, 원형상일 수도 있고, 장척형일 수도 있다. 연마층의 크기는 사용하는 연마 장치에 따라 적절하게 조정할 수 있지만, 원형상의 경우에는 직경은 30∼150 cm 정도이며, 장척형의 경우에는 길이 5∼15 m 정도, 폭 60∼250 cm 정도이다.
연마층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 0.8∼4 ㎜ 정도이며, 1.2∼2.5 ㎜인 것이 바람직하다.
연마층에는, 연마를 행하고 있는 상태에서 광학 종점 검지를 하기 위한 투명 부재가 설치되어 있어도 된다.
본 발명에서 사용하는 지지층은, 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 것이다.
쿠션층은, CMP에 있어서, 트레이드오프(trade off)의 관계에 있는 평탄성과 균일성의 양자를 양립시키기 위해 필요한 것이다. 평탄성이란, 패턴 형성시에 발생하는 미소 요철이 있는 피연마재를 연마할 때의 패턴부의 평탄성을 말하여, 균일성이란, 피연마재 전체의 균일성을 말한다. 연마층의 특성에 의해, 평탄성를 개선하고, 쿠션층의 특성에 의해 균일성를 개선한다.
쿠션층으로서는, 예를 들면, 폴리에스테르 부직포, 나일론 부직포, 및 아크릴 부직포 등의 섬유 부직포; 폴리우레탄을 함침한 폴리에스테르 부직포와 같은 수지 함침 부직포; 폴리우레탄 폼 및 폴리에틸렌 폼 등의 고분자 수지 발포체; 부타디엔 고무 및 이소프렌 고무 등의 고무성 수지; 감광성 수지 등이 있다.
쿠션층의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 300∼1800 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 700∼1400 ㎛이다.
쿠션층은 강성이 부족하기 때문에 접합할 때 주름의 발생, 또는 접착 불량 등의 문제가 일어나기 쉽다. 이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 쿠션층의 한쪽 면에 수지 필름을 설치하여 강성을 부여한다.
수지 필름으로서는, 150℃에서 30분 가열 후의 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 것을 사용한다. 바람직하게는 열치수 변화율이 1.4∼3 %인 수지 필름이다. 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 등의 폴리에스테르 필름; 폴리에틸렌 필름 및 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름; 폴리아미드 필름; 아크릴 수지 필름; 메타크릴 수지 필름; 폴리스티렌 필름 등이 있다. 이들 중, 폴리에스테르 필름을 사용하는 것이 바람직하고, 특히 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
수지 필름의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 10∼150 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 20∼100 ㎛이다.
본 발명에서 사용하는 지지층은, 예를 들면, 쿠션층의 한쪽 면에 접착제를 사용하여 수지 필름을 접합하는 방법, 및 수지 필름 상에 쿠션층 형성 재료를 도포하고 경화시켜 쿠션층을 직접 형성하는 방법 등에 의해 제작할 수 있다.
본 발명의 적층 연마 패드는, 상기 연마층과 상기 지지층을 접착 부재로 접합하여 제작한다. 예를 들면, 이하의 방법으로 제조할 수 있다.
제조 방법 1
먼저, 연마층을 30∼100 ℃로 가열한다. 그 후, 상기 온도로 가열한 연마층과 상기 지지층의 쿠션층측을 접착 부재를 통하여 압착하여 부착한다. 접착 부재로서는, 일반적인 감압성 접착제를 사용해도 되고, 기재(基材)의 양면에 감압성 접착제층이 형성된 양면 테이프를 사용해도 된다. 압착 방법으로서는, 예를 들면, 롤의 사이를 통과시키는 방법이 있다. 접합 후, 냉각함으로써 연마층이 수축하고, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어진 적층 연마 패드를 얻을 수 있다. 지지층을 연마층의 크기로 절단하는 경우에는, 연마층을 냉각시키기 전, 즉 연마층이 수축하여 오목형으로 되기 전에 절단하는 것이 바람직하다. 연마층이 수축하여 오목형으로 된 후에 절단하면 지지층을 연마층의 크기에 맞추어 정확하게 절단하기 곤란하게 된다.
제조 방법 2
먼저, 상기 지지층의 쿠션층 상에 핫멜트 접착제 시트를 적층한다.
상기 핫멜트 접착제 시트는, 핫멜트 접착제로 형성된 접착제층라도 되고, 또는 기재의 양면에 상기 접착제층이 형성된 양면 테이프라도 된다.
사용하는 핫멜트 접착제는 특별히 제한되지 않지만, 폴리에스테르계 핫멜트 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 폴리에스테르계 핫멜트 접착제는, 적어도 베이스 폴리머인 폴리에스테르 수지와 가교 성분인, 1분자 중에 글리시딜기를 2개 이상 가지는 에폭시 수지를 함유한다.
상기 폴리에스테르 수지로서는, 산 성분 및 폴리올 성분의 중축합 반응 등에 의해 얻어지는 공지의 것을 사용할 수 있지만, 특히 결정성 폴리에스테르 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
산 성분으로서는, 방향족 디카르본산, 지방족 디카르본산 및 지환족 디카르본산 등을 예로 들 수 있다. 이들은, 1종만 사용할 수도 있고 2종 이상을 병용할 수도 있다.
방향족 디카르본산의 구체예로서는, 테레프탈산, 이소프탈산, 무수 프탈산, α-나프탈렌디카르본산, β-나프탈렌디카르본산, 및 그의 에스테르 형성체 등을 들 수 있다.
지방족 디카르본산의 구체예로서는, 숙신산, 글루타르산, 아디프산, 피멜산, 수베르산, 아젤라산, 세바스산, 운데실렌산, 도데칸 이산, 및 그의 에스테르 형성체 등을 들 수 있다.
지환족 디카르본산의 구체예로서는, 1,4-시클로헥산디카르본산, 테트라하이드로 무수 프탈산, 헥사하이드로 무수 프탈산 등을 들 수 있다.
또한, 산 성분으로서, 말레산, 푸마르산, 다이머산 등의 불포화산, 트리멜리트산, 피로멜리트산 등의 다가 카르본산 등을 병용할 수도 있다.
폴리올 성분으로서는, 지방족 글리콜, 지환족 글리콜 등의 2가 알코올 및 다가 알코올을 예로 들 수 있다. 이들은, 1종만 사용할 수도 있고 2종 이상을 병용할 수도 있다.
지방족 글리콜의 구체예로서는, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 1,8-옥탄디올, 1,9-노난디올, 네오펜틸글리콜, 3-메틸펜탄디올, 2,2,3-트리메틸펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜 등을 들 수 있다.
지환족 글리콜의 구체예로서는, 1,4-시클로헥산디메탄올, 수첨 비스페놀 A 등을 들 수 있다.
다가 알코올로서는, 글리세린, 트리메틸올에탄, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨 등을 예로 들 수 있다.
결정성 폴리에스테르 수지는, 공지의 방법에 의해 합성할 수 있다. 예를 들면, 원료 및 촉매를 투입하고, 생성물의 융점 이상의 온도에서 가열하는 용융 중합 법, 생성물의 융점 이하에서 중합하는 고상(固相) 중합법, 용매를 사용하는 용액 중합법 등이 있으며, 어느 방법을 채용해도 된다.
결정성 폴리에스테르 수지의 융점은 100∼200 ℃인 것이 바람직하다. 융점이 100℃ 미만의 경우에는, 연마시의 발열에 의해 핫멜트 접착제의 접착력이 저하되고, 200℃를 초과하는 경우에는, 핫멜트 접착제를 용융시킬 때의 온도가 높아지므로, 적층 연마 패드에 휨이 생겨 연마 특성에 악영향을 미치는 경향이 있다.
또한, 결정성 폴리에스테르 수지의 수평균 분자량은 5000∼50000인 것이 바람직하다. 수평균 분자량이 5000 미만인 경우에는, 핫멜트 접착제의 기계적 특성이 저하되므로, 충분한 접착성 및 내구성을 얻지 못하고, 50000을 초과하는 경우에는, 결정성 폴리에스테르 수지를 합성할 때 겔화가 생기는 등의 제조상의 문제가 발생하거나, 핫멜트 접착제로서의 성능이 저하되는 경향이 있다.
상기 에폭시 수지로서는, 예를 들면, 비스페놀 A형 에폭시 수지, 브롬화 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 비스페놀 AD형 에폭시 수지, 스틸벤형 에폭시 수지, 비페닐형 에폭시 수지, 비스페놀 A 노볼락형 에폭시 수지, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지, 디아미노디페닐메탄형 에폭시 수지, 및 테트라키스(하이드록시페닐)에탄 베이스 등의 폴리페닐베이스 에폭시 수지, 플루오렌 함유 에폭시 수지, 트리글리시딜 이소시아누레이트, 복소 방향환(예를 들면, 트리아진환 등)을 함유하는 에폭시 수지 등의 방향족 에폭시 수지; 지방족 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 지방족 글리시틸에스테르형 에폭시 수지, 지환족 글리시딜에테르형 에폭시 수지, 지환족 글리시틸에스테르형 에폭시 수지 등의 비방향족 에폭시 수지가 있다. 이들은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.
이들 중, 연마시의 연마층과의 접착성의 관점에서, 크레졸 노볼락형 에폭시 수지를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 에폭시 수지는, 베이스 폴리머인 폴리에스테르 수지 100 중량부에 대하여, 2∼10 중량부 첨가할 필요가 있으며, 바람직하게는 3∼7 중량부이다.
핫멜트 접착제는, 올레핀계 수지 등의 연화제, 점착 부여제, 충전제, 안정제, 및 커플링제 등의 공지의 첨가제를 함유하고 있어도 된다. 또한, 탈크 등의 공지의 무기 필러도 함유하고 있어도 된다.
핫멜트 접착제의 용융 온도(융점)는, 130∼170 ℃인 것이 바람직하다.
또한, 핫멜트 접착제의 비중은, 1.1∼1.3인 것이 바람직하다.
또한, 핫멜트 접착제의 멜트플로우인덱스(MI)는, 150℃, 하중 2.16 kg의 조건에서, 16∼26 g/10 min인 것이 바람직하다.
핫멜트 접착제로 형성된 접착제층의 두께는 10∼200 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50∼130 ㎛이다.
상기 접착제층 대신, 기재의 양면에 상기 접착제층을 가지는 양면 테이프를 사용할 수도 있다. 기재에 의해 지지층 측으로의 슬러리의 침투를 방지하고, 지지층과 접착제층의 사이에서의 박리를 방지할 수 있다.
기재로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름 및 폴리에틸렌나프탈레이트 필름 등의 폴리에스테르 필름; 폴리에틸렌 필름 및 폴리프로필렌 필름 등의 폴리올레핀 필름; 나일론 필름; 폴리이미드 필름 등이 있다. 이들 중, 물의 투과를 방지하는 성질이 우수한 폴리에스테르 필름을 사용하는 것이 바람직하다.
기재의 표면에는, 코로나 처리, 플라즈마 처리 등의 이(易)접착 처리를 가할 수도 있다.
기재의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 투명성, 유연성, 강성, 및 가열시의 치수 안정성 등의 관점에서 10∼200 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 15∼55 ㎛이다.
양면 테이프를 사용하는 경우, 상기 접착제층의 두께는 10∼200 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50∼130 ㎛이다.
그 후, 적층한 핫멜트 접착제 시트를 가열하여 핫멜트 접착제를 용융 또는 연화시킨다. 연화시킬 경우에는, 핫멜트 접착제의 용융 온도로부터 -10℃ 이내의 온도가 되도록 가열하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 용융 온도로부터 -5℃이내의 온도가 되도록 가열한다. 핫멜트 접착제 시트를 용융 또는 연화시키는 방법은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들면, 컨베이어 벨트 상에서 시트를 반송하면서, 적외선 히터로 핫멜트 접착제 시트 표면을 가열하는 방법이 있다.
그리고, 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제 상에 연마층을 적층하여 적층 시트를 제작하고, 상기 적층 시트를 30∼100 ℃로 가열한 롤의 사이로 통과시켜 압착하여 접합한다. 그리고, 핫멜트 접착제 시트를 사용하는 대신, 지지층의 쿠션층 상에 용융 또는 연화된 핫멜트 접착제를 도포할 수도 있다. 접합 후, 냉각함으로써 용융 또는 연화된 핫멜트 접착제를 경화시킨다. 이 때, 연마층이 수축하고, 연마층측이 오목형이 되도록 휘어진 적층 연마 패드를 얻을 수 있다. 지지층을 연마층의 크기로 절단하는 경우에는, 연마층이 수축하여 오목형으로 되기 전에 절단하는 것이 바람직하다. 연마층이 수축하여 오목형으로 된 후에 절단하면 지지층을 연마층의 크기에 맞추어서 정확하게 절단하는 것이 곤란하게 된다.
본 발명의 제조 방법에 의해 얻어지는 적층 연마 패드는, 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량은 3∼50 ㎜이며, 바람직하게는 5∼15 ㎜이다.
본 발명의 적층 연마 패드는, 원형상일 수도 있고, 장척형(長尺形)일 수도 있다. 적층 연마 패드의 크기는 사용하는 연마 장치에 따라 적절하게 조정할 수 있지만, 원형상의 경우에는 직경은 30∼150 cm 정도이며, 장척형의 경우에는 길이 5∼15 m 정도, 폭 60∼250 cm 정도이다.
본 발명의 적층 연마 패드는, 지지층의 수지 필름 측에 양면 테이프가 설치되어 있어도 된다.
반도체 디바이스는, 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 거쳐 제조된다. 반도체 웨이퍼란, 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 배선 금속 및 산화막을 적층한 것이다. 반도체 웨이퍼의 연마 방법, 연마 장치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 적층 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 반도체 웨이퍼(4)를 지지하는 지지대(폴리싱헤드)(5)와, 웨이퍼로의 균일한 가압을 행하기 위한 백킹재와, 연마제(3) 공급 기구를 구비한 연마 장치 등을 사용하여 행해진다. 적층 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 부착함으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 적층 연마 패드(1)와 반도체 웨이퍼(4)가 대향하도록 배치되고, 각각에 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또한, 지지대(5) 측에는, 반도체 웨이퍼(4)를 적층 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다. 연마에 있어서는, 연마 정반(2)과 지지대(5)를 회전시키면서 반도체 웨이퍼(4)를 적층 연마 패드(1)에 가압하고, 슬러리를 공급하면서 연마를 행한다. 슬러리의 유량, 연마 하중, 연마 정반 회전수, 및 웨이퍼 회전수는 특별히 제한되지 않고, 적절하게 조정하여 연마를 행한다.
이로써, 반도체 웨이퍼(4)의 표면의 돌출된 부분이 제거되어 평탄형으로 연마된다. 그 후, 다이싱, 본딩, 패키징 등을 행함으로써 반도체 디바이스가 제조된다. 반도체 디바이스는, 연산 처리 장치나 메모리 등에 사용된다.
[실시예]
이하, 본 발명을 실시예에 따라 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.
[측정, 평가 방법]
(용융 온도의 측정)
폴리에스테르계 핫멜트 접착제의 용융 온도(융점)는, TOLEDO DSC822(METTLER사 제조)를 사용하고, 승온(昇溫) 속도 20 ℃/min로 측정하였다.
(비중의 측정)
JIS Z8807-1976에 준거하여 행하였다. 폴리에스테르계 핫멜트 접착제로 이루어지는 접착제층을 4 cm×8.5 cm의 직사각형(두께: 임의)으로 자른 것을 비중 측정용 시료로 하고, 온도 23℃±2℃, 습도 50%±5%의 환경에서 16시간 정치했다. 측정에는 비중계(사토리우스사 제조)를 사용하여, 비중을 측정하였다.
(멜트플로우인덱스(MI)의 측정)
ASTM-D-1238에 준하여 150℃, 2.16 kg의 조건에서, 폴리에스테르계 핫멜트 접착제의 멜트플로우인덱스를 측정하였다.
(열치수 변화율의 측정)
수지 필름의 150℃에서 30분 가열한 후와 가열전과의 열치수 변화율은, JIS C 2318에 준거하여 측정하였다.
(패드 주위끝의 평균 휨 량의 측정)
제작한 적층 연마 패드를 수평한 테이블 상에 정치하고, 패드 주위끝의 가장 휨이 큰 부분으로부터 90°마다 합계 4개소에 대하여, 테이블로부터의 높이(뜬 정도)를 측정하였다.
(면내 균일성의 평가)
연마 장치로서 ARW-8C1MS(MAT사 제조)를 사용하였고, 제작한 적층 연마 패드를 연마 장치에 접착하였다. 다이아몬드 드레서(MMC사 제조, MECY ＃100 타입)를 사용하여 적층 연마 패드의 드레싱 처리를 20분간 행하였다. 그 후, 상기 적층 연마 패드를 사용하여, 300 ㎜의 실리콘 웨이퍼에 열산화막이 1㎛ 퇴적한 웨이퍼를 1분간 연마하였다(초기 연마). 연마 조건으로서는, 실리카 슬러리 SS12(캐봇사 제조)를 연마 중에 유량 200 ml/min로 공급하고, 연마 하중 275 hPa, 연마 정반 회전수 60 rpm, 및 웨이퍼 회전수 60 rpm으로 하였다. 그리고, 웨이퍼 직경 라인상의 3 ㎜ 간격의 99점(웨이퍼 에지로부터 3 ㎜의 위치는 제외함)에 대하여 연마 전후의 막 두께 측정값으로부터 연마 속도 최대값, 연마 속도 최소값, 및 연마 속도 평균값을 구하고, 그 값을 하기 식에 대입함으로써 면내 균일성(%)을 산출하였다. 막 두께 측정에는, 간섭식 막 두께 측정 장치(나노메트릭스사 제조)를 사용하였다. 그 후, 상기 다이아몬드 드레서를 사용하여 상기 적층 연마 패드의 드레싱 처리를 5시간 행하였다. 그 후, 전술한 바와 동일한 방법으로 웨이퍼를 1분간 연마하고(5시간 후 연마), 면내 균일성(%)을 산출하였다. 면내 균일성의 값이 작을수록 웨이퍼 표면의 균일성이 높은 것을 나타낸다. 면내 균일성의 값이 15% 이하인 경우에는 "○", 15%를 초과하는 경우에는 "×"로 하였다.
면내 균일성(%) = {(연마 속도 최대값-연마 속도 최소값)/(연마 속도 평균값×2)}×100
실시예 1
(연마층의 제작)
폴리에테르계 프리폴리머(유니로얄사 제조, 아디프렌L-325) 100 중량부, 실리콘계 계면활성제(골드슈미트사 제조, B8465) 3 중량부, 및 디에틸렌글리콜디에틸에테르 0.8 중량부를 중합 용기 내에 더하여 혼합하고, 80℃로 조정하여 감압 탈포했다. 그 후, 교반 날개를 사용하여, 회전수 900 rpm으로 반응계 내에 기포를 받아들이도록 약 4분간 격렬하게 교반을 행하였다. 거기에 사전에 120℃로 온도 조정한 MOCA(이하라케미칼사 제조, 큐아민 MT) 26 중량부를 첨가했다. 상기 혼합액을 약 1분간 교반한 후, 빵틀형의 오픈 몰드(주형 용기)에 주입하였다. 이 혼합액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐 내에 넣고, 100℃에서 16시간 후경화를 행하여, 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 얻었다.
약 80℃로 가열한 상기 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 슬라이서(아미텍사 제조, VGW-125)를 사용하여 슬라이싱하여, 폴리우레탄 수지 발포체 시트(비중: 0.85, 아스카 D 경도: 55도)를 얻었다. 다음으로, 버핑기(아미텍사 제조)를 사용하여 두께 1.27 ㎜가 될 때까지 상기 시트의 표면 버핑 처리를 행하여, 두께 정밀도를 균일하게 한 시트로 만들었다. 이 버핑 처리를 행한 시트를 직경 78 cm의 크기로 천공(穿孔)하고, 홈 가공기(테크노사 제조)를 사용하여 표면에 홈 폭 0.25 ㎜, 홈 피치 1.5 ㎜, 홈 깊이 0.45 ㎜의 동심원형의 홈 가공을 행하여 연마층을 제작하였다.
(지지층의 제작)
두께 50㎛의 PET 필름(테이진듀퐁필름사 제조, 테트론 G2, 열치수 변화율: 1.7%) 상에 발포 우레탄 조성물을 도포하고, 경화시켜 쿠션층(비중: 0.5, 아스카 C 경도: 50도, 두께: 0.8 ㎜)을 형성하여 지지층을 제작하였다.
(적층 연마 패드의 제작)
상기 지지층의 쿠션층 상에, 결정성 폴리에스테르 수지(도요방적(주) 사 제조, 바이론 GM420) 100 중량부, 및 1분자 중에 글리시딜기를 2개 이상 가지는 o-크레졸 노볼락형 에폭시 수지(일본화약(주) 사 제조, EOCN4400) 5 중량부를 포함하는 폴리에스테르계 핫멜트 접착제(융점: 142℃, 비중: 1.22, 멜트플로우인덱스: 21 g/10 min)로 이루어지는 접착제층(두께 100㎛)을 적층하고, 적외선 히터를 사용하여 접착제층 표면을 150℃로 가열하여 접착제층을 용융시켰다. 그 후, 용융시킨 접착제층 상에 라미네이터를 사용하여 제작한 연마층을 적층하여 적층 시트를 얻고, 상기 적층 시트를 50℃의 롤의 사이로 통과시켜 압착시켰다. 그 후, 적층 시트를 연마층의 크기로 재단(裁斷)했다. 또한, 지지층의 PET 필름 측에 라미네이터를 사용하여 감압식 양면 테이프(3M사 제조, 442JA)를 접합하여 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
실시예 2
롤의 온도를 50℃로부터 31℃로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
실시예 3
롤의 온도를 50℃로부터 98℃로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
실시예 4
연마층의 제작에 있어서, 디에틸렌글리콜디에틸에테르의 배합량을 0.8 중량부로부터 6.4 중량부로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
실시예 5
지지층의 제작에 있어서, 테트론 G2 대신 두께 100㎛의 PET 필름(도레이사 제조, 루미러(Lumirror) H10, 열치수 변화율: 1.3%)을 사용한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
실시예 6
지지층의 제작에 있어서, 테트론 G2 대신 두께 100㎛의 PET 필름(도레이사 제조, 루미러 HT50, 열치수 변화율: 12.6%)을 사용한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
비교예 1
연마층의 제작에 있어서, 디에틸렌글리콜디에틸에테르를 배합하지 않은 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
비교예 2
연마층의 제작에 있어서, 디에틸렌글리콜디에틸에테르의 배합량을 0.8 중량부로부터 15 중량부로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있었다.
비교예 3
롤의 온도를 50℃로부터 23℃로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 거의 평탄했다.
비교예 4
롤의 온도를 50℃로부터 130℃로 변경한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 크게 휘어져 있었다.
비교예 5
지지층의 제작에 있어서, 테트론 G2 대신 두께 25㎛의 PEN 필름(테이진듀퐁필름사 제조, 테오넥스 Q51, 열치수 변화율: 1.0%)을 사용한 점 이외는 실시예 1과 동일한 방법으로 적층 연마 패드를 제작하였다. 적층 연마 패드는 거의 평탄했다.
비교예 6
두께 25㎛의 PET 필름(도레이사 제조, 루미러 HT50, 열치수 변화율: 15%) 상에 발포 우레탄 조성물을 도포하여 가열한 바, PET 필름이 수축하여 지지층을 제작할 수 없었다.
[표 1]
Figure pct00001
실시예 1∼6의 적층 연마 패드는, 적절한 휨을 가지고 있으므로, 연마 정반으로의 부착 작업성이 양호하였다. 또한, 초기 드레싱 처리 후, 및 장시간 드레싱 처리 후의 면내 균일성도 양호하였다. 한편, 비교예 1의 적층 연마 패드는, 적절한 휨을 가지고 있으므로, 연마 정반으로의 부착 작업성이 양호하지만, 연마층에 친수성 물질이 배합되어 있지 않으므로, 초기 드레싱 처리 후의 면내 균일성이 좋지 못하고, 장시간 드레싱 처리 후에는 패드 단부가 뜨고, 그리고 박리가 발생하였다. 비교예 2의 적층 연마 패드는, 적절한 휨을 가지고 있으므로, 연마 정반으로의 부착 작업성이 양호하지만, 연마층에 친수성 물질이 많이 포함되어 있으므로, 연마층이 팽윤하여 장시간 드레싱 처리 후의 면내 균일성이 악화되었다. 비교예 3 및 5의 적층 연마 패드는, 휨이 없고 거의 평탄하였기 때문에, 연마 정반에 부착할 때 공기를 머금어 평탄하게 부착할 수 없었다. 이 때문에, 돌출된 부분에 드레서가 과잉으로 접촉하여 장시간 드레싱 처리한 후에 연마층에 파괴가 생겼다. 비교예 4의 적층 연마 패드는, 휨이 지나치게 크기 때문에 연마 정반에 부착할 수 없었다.
[산업상 이용가능성]
본 발명의 적층 연마 패드는 렌즈, 반사 미러 등의 광학 재료나 실리콘 웨이퍼, 하드디스크용의 유리 기판, 알루미늄 기판, 및 일반적인 금속 연마 가공 등의 고도의 표면 평탄성이 요구되는 재료의 평탄화 가공을 안정적으로, 또한 높은 연마 효율로 행할 수 있다. 본 발명의 적층 연마 패드는, 특히 실리콘 웨이퍼 및 그 위에 산화물층, 금속층 등이 형성된 디바이스를, 나아가서는 이들 산화물층이나 금속층을 적층·형성하기 전에 평탄화하는 공정에 바람직하게 사용할 수 있다.
1: 적층 연마 패드 2: 연마 정반
3: 연마제(슬러리) 4: 피연마재(반도체 웨이퍼)
5: 지지대(폴리싱헤드) 6, 7: 회전축
8: 공기 9: 연마층
10: 지지층

Claims (6)

  1. 연마층과 지지층이 접착 부재를 통하여 적층되어 있는 적층 연마 패드에 있어서,
    상기 연마층은 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하고 있고, 상기 지지층은 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 것이며, 상기 적층 연마 패드는 연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인, 적층 연마 패드.
  2. 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하는 연마층을 30∼100 ℃로 가열하는 공정; 및
    가열한 연마층과, 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 지지층을 접착 부재를 통하여 부착하는 공정
    을 포함하고,
    연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인, 적층 연마 패드의 제조 방법.
  3. 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 지지층의 쿠션층 상에 핫멜트 접착제 시트를 적층하는 공정;
    적층한 핫멜트 접착제 시트를 가열하여 핫멜트 접착제를 용융 또는 연화시키는 공정;
    용융 또는 연화한 핫멜트 접착제 상에 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하는 연마층을 적층하여 적층 시트를 제작하는 공정;
    적층 시트를 30∼100 ℃로 가열된 롤의 사이로 통과시켜 압착하는 공정; 및
    적층 시트의 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제를 경화시키는 공정
    을 포함하고,
    연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인, 적층 연마 패드의 제조 방법.
  4. 쿠션층과 열치수 변화율이 1.3∼12.6 %인 수지 필름이 일체로 성형된 지지층의 쿠션층 상에 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제를 도포하는 공정;
    용융 또는 연화한 핫멜트 접착제 상에 친수성 물질을 0.5∼5 중량% 함유하는 연마층을 적층하여 적층 시트를 제작하는 공정;
    적층 시트를 30∼100 ℃로 가열한 롤의 사이로 통과시켜 압착하는 공정; 및
    적층 시트의 용융 또는 연화한 핫멜트 접착제를 경화시키는 공정
    을 포함하고,
    연마층측이 오목형으로 되도록 휘어져 있고, 패드 주위끝의 평균 휨 량이 3∼50 ㎜인, 적층 연마 패드의 제조 방법.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
    핫멜트 접착제의 용융 온도가 130∼170 ℃인, 적층 연마 패드의 제조 방법.
  6. 제1항에 기재된 적층 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 디바이스의 제조 방법.
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