KR20150091162A - 연마 패드의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 연마 패드 제조 방법은, 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트로 이루어지는 연마층을 가지는 연마 패드를 제조하는 방법으로서, 상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체가 25℃에서 아스카 D 경도 30 이하이며, 상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 냉각함으로써 아스카 D 경도 35 이상으로 조정하는 공정 A, 냉각에 의해 아스카 D 경도가 조정된 상기 블록을 소정 두께로 슬라이스하여 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻는 공정 B를 포함한다. 본 발명의 연마 패드 제조 방법은, 수지 블록이 연질 폴리우레탄 수지인 경우에 양호한 정밀도로 슬라이스할 수 있다.

Description

연마 패드의 제조 방법{METHOD FOR PRODUCING POLISHING PAD}

본 발명은 렌즈, 반사 미러 등의 광학 재료, 실리콘 웨이퍼, 실리콘 카바이드, 사파이어 등의 화합물 반도체 기판, 하드디스크용 유리 기판, 알루미늄 기판 등의 표면을 연마할 때 사용되는 연마 패드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명의 연마 패드는, 마무리용 연마 패드로서 바람직하게 사용된다.

반도체 장치를 제조할 때는, 웨이퍼 표면에 도전성 막을 형성하고, 포토리소그래피, 에칭 등을 행함으로써 배선층을 형성하는 공정이나, 배선층 상에 층간 절연막을 형성하는 공정 등이 행해지고, 이들 공정에 의해 웨이퍼 표면에 금속 등의 도전체나 절연체로 이루어지는 요철이 생긴다. 최근, 반도체 집적 회로의 고밀도화를 목적으로 하여 배선의 미세화나 다층 배선화가 진행되고 있지만, 이에 따라, 웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 기술이 중요해지고 있다.

웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 방법으로서는, 일반적으로 케미컬 메커니컬 폴리싱(Chemical Mechanical Polishing: 이하 CMP라고 함)법이 채용되고 있다. CMP는, 피연마체의 피연마면을 연마 패드의 연마면에 가압한 상태에서, 연마재가 분산된 슬러리상(狀)의 연마제(이하 슬러리라고 함)를 사용하여 연마하는 기술이다.

이와 같은 CMP에서는 높은 연마 정밀도가 요구되므로, 사용하는 연마 패드의 두께도 높은 정밀도가 요구된다. 이에 따라, 이하와 같은 연마 패드의 제조 방법이 제안되어 있다.

특허 문헌 1에는, CMP용의 연마층의 경질의 수지 블록을 60∼140 ℃에서 가열하여 밴드 나이프로 슬라이스함으로써 두께 정밀도를 높이는 연마 패드의 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 2에는, 경질의 수지 블록을 80∼130 ℃에서 가열하여 슬라이스함으로써 두께 정밀도를 높이는 연마 패드의 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 3에는, 표층을 가열하고, 표층 슬라이스부와 온도차를 발생시켜 슬라이스하는 연마 패드의 제조 방법이 개시되어 있다.

또한, 특허 문헌 4에는, 경질의 수지 블록을 슬라이스하는 연마 패드의 제조 방법이 개시되어 있다.

일본공개특허 제2005―88157호 공보 일본공개특허 제2005―169578호 공보 일본공개특허 제2006―142474호 공보 일본공개특허 제2008―302465호 공보

그러나, 종래의 조건 하에서는, 수지 블록이 연질인 경우, 수지 블록이 커터에 들러붙어 슬라이스를 행할 수 없거나, 커터를 대었을 때 수지 블록이 변형되어 두께 정밀도가 낮아져 연마 정밀도가 저하되는 문제가 생긴다.

본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것이며, 수지 블록이 연질 폴리우레탄 수지인 경우에 양호한 정밀도로 슬라이스할 수 있는 연마 패드의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은, 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트로 이루어지는 연마층을 가지는 연마 패드를 제조하는 방법으로서, 상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체가 25℃에서 아스카 D 경도 30 이하이며, 상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 냉각함으로써 아스카 D 경도 35 이상으로 조정하는 공정 A, 냉각에 의해 아스카 D 경도가 조정된 상기 블록을 소정 두께로 슬라이스하여 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻는 공정 B를 포함하는 연마 패드의 제조 방법이다.

본 발명의 연마 패드의 제조 방법에 의하면, 상온(25℃)에서 아스카 D 경도 30 이하인 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 양호한 정밀도로 슬라이스할 수 있다.

도 1은 CMP 연마에서 사용하는 연마 장치의 일례를 나타낸 개략적인 구성도이다.

본 실시형태의 연마 패드의 제조 방법은, 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트로 이루어지는 연마층을 가지는 연마 패드를 제조하는 방법으로서, 상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체가 25℃에서 아스카 D 경도 30 이하이며, 상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 냉각함으로써 아스카 D 경도 35 이상으로 조정하는 공정 A, 냉각에 의해 아스카 D 경도가 조정된 상기 블록을 소정 두께로 슬라이스하여 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻는 공정 B를 포함한다.

<연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 냉각함으로써 아스카 D 경도 35 이상으로 조정하는 공정 A>

<연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트로 이루어지는 연마층의 조정>

연질 폴리우레탄 수지는, 이소시아네이트 성분, 활성 수소기 함유 화합물(고분자량 폴리올, 활성 수소기 함유 저분자량 화합물), 및 쇄연장제 등으로 이루어지는 것이다.

이소시아네이트 성분으로서는, 폴리우레탄의 분야에 있어서 공지의 화합물을 특별히 한정하지 않고 사용할 수 있다. 예를 들면, 2,4-톨루엔 디이소시아네이트, 2,6-톨루엔 디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트, 폴리머릭 MDI, 카르보디이미드 변성 MDI(예를 들면, 상품명 밀리오네이트 MTL, 일본 폴리우레탄 공업 제조), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트, p-페닐렌 디이소시아네이트, m-페닐렌 디이소시아네이트, p-크실렌 디이소시아네이트, m-크실렌 디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트, 에틸렌 디이소시아네이트, 2,2,4-트리메틸헥사메틸렌 디이소시아네이트, 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트 등의 지방족 디이소시아네이트, 1,4-시클로헥산 디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄 디이소시아네이트, 이소포론 디이소시아네이트, 노르보르난 디이소시아네이트 등의 지환식 디이소시아네이트가 있다. 이들은 1종으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 디이소시아네이트와 함께, 다량화 디이소시아네이트를 사용할 수도 있다. 다량화 디이소시아네이트란, 3개 이상의 디이소시아네이트가 부가됨으로써 다량화한 이소시아네이트 변성체 또는 이들의 혼합물이다. 상기 이소시아네이트 변성체로서는, 예를 들면, 1) 트리메틸올 프로판 어덕트(adduct) 타입, 2) 뷰렛(biuret) 타입, 3) 이소시아누레이트 타입 등이 있으며, 특히 이소시아누레이트 타입인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서는, 이소시아네이트 성분으로서, 다량화 디이소시아네이트와 방향족 디이소시아네이트를 병용하는 것이 바람직하다. 다량화 디이소시아네이트를 형성하는 디이소시아네이트로서는, 지방족 디이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하고, 특히 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트를 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 다량화 디이소시아네이트는, 우레탄 변성, 알로파네이트 변성, 및 뷰렛 변성 등의 변성화한 것이라도 된다. 또한, 방향족 디이소시아네이트는 톨루엔 디이소시아네이트인 것이 바람직하다.

다량화 디이소시아네이트는, 전체 이소시아네이트 성분에 대하여 15∼60 중량% 사용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 19∼55 중량%이다.

고분자량 폴리올로서는, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 대표되는 폴리에테르폴리올, 폴리부틸렌아디페이트로 대표되는 폴리에스테르폴리올, 폴리카프로락톤폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르 글리콜과 알킬렌카보네이트와의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올, 에틸렌카보네이트를 다가 알코올과 반응시키고, 이어서, 얻어진 반응 혼합물을 유기 디카르본산과 반응시킨 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올, 및 폴리하이드록실 화합물과 아릴카보네이트의 에스테르 교환 반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트폴리올 등을 예로 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

고분자량 폴리올의 수평균 분자량은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 얻어지는 폴리우레탄 수지의 탄성 특성 등의 관점에서 500∼5000인 것이 바람직하다. 수평균 분자량이 500 미만이면, 이것을 사용한 폴리우레탄 수지는 충분한 탄성 특성을 가지지 않고, 부서지기 쉬운 폴리머로 된다. 그러므로, 이 폴리우레탄 수지로부터 제조되는 연마 패드는 지나치게 경질이 되어 웨이퍼 표면의 스크래치의 원인으로 된다. 한편, 수평균 분자량이 5000을 넘으면, 이것을 사용한 폴리우레탄 수지는 지나치게 연질이 되므로, 이 폴리우레탄 수지로부터 제조되는 연마 패드는 평탄화 특성이 뒤떨어지는 경향이 있다.

고분자량 폴리올 외에, 활성 수소기 함유 저분자량 화합물을 사용할 수도 있다. 활성 수소기 함유 저분자량 화합물이란, 분자량이 500 미만의 화합물이며, 예를 들면, 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-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠, 트리메틸올프로판, 글리세린, 1,2,6-헥산트리올, 펜타에리트리톨, 테트라메틸올시클로헥산, 메틸글리코시드, 소르비톨, 만니톨, 둘시톨, 수크로오스, 2,2,6,6-테트라키스(하이드록시메틸)시클로헥산올, 디에탄올아민, N-메틸디에탄올아민, 및 트리에탄올아민 등의 저분자량 폴리올; 에틸렌디아민, 톨릴렌디아민, 디페닐메탄디아민, 및 디에틸렌트리아민 등의 저분자량 폴리아민; 모노에탄올아민, 2-(2-아미노에틸아미노)에탄올, 및 모노프로판올아민 등의 알코올아민 등이 있다. 이들 활성 수소기 함유 저분자량 화합물은 1종 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

고분자량 폴리올과 활성 수소기 함유 저분자량 화합물의 비는, 이들로부터 제조되는 연마층에 요구되는 특성에 의해 결정된다.

연질 폴리우레탄 수지를 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, 트리메틸렌글리콜디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드디-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 폴리올, 저분자량 폴리아민을 예로 들 수 있다. 이들은 1종으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 혼합해도 무방하다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체는, 상기 폴리우레탄 수지의 원료를 사용하여 용융법, 용액법 등 공지의 우레탄화 기술을 응용하여 제조할 수 있지만, 비용, 작업 환경 등을 고려한 경우, 용융법으로 제조하는 것이 바람직하다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체의 제조는, 프리폴리머법, 원샷법 중 어느 방법이라도 가능하지만, 사전에 이소시아네이트 성분과 활성 수소기 함유 화합물로부터 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 합성해 두고, 여기에 쇄연장제를 반응시키는 프리폴리머법이, 얻어지는 폴리우레탄 수지의 물리적 특성이 우수하므로 바람직하다.

이소시아네이트 말단 프리폴리머를 합성할 때는, 활성 수소기 함유 화합물의 활성 수소기(수산기, 아미노기) 수에 대한 이소시아네이트 성분의 이소시아네이트기 수는, 1.5∼3.0인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.8∼2.5이다.

또한, 이소시아네이트 말단 프리폴리머를 합성할 때는, NCOwt%가 5∼8 wt%로 되도록 조정하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 5.8∼8 wt%이다.

이소시아네이트 말단 프리폴리머 및 쇄연장제의 비는, 각각의 분자량이나 연마 패드의 원하는 물성 등에 의해 다양하게 변경할 수 있다. 원하는 연마 특성을 가지는 연마 패드를 얻기 위해서는, 쇄연장제의 활성 수소기(수산기, 아미노기) 수에 대한 프리폴리머의 이소시아네이트기 수는, 0.80∼1.20인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99∼1.15이다. 이소시아네이트기 수가 전술한 범위를 벗어나는 경우에는, 경화 불량이 생겨 요구되는 비중 및 경도를 얻지 못하여, 연마 특성이 저하되는 경향이 있다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체의 제조 방법으로서는, 중공 비즈를 첨가시키는 방법, 기계적 발포법(메커니컬 프로스(froth)법을 포함함), 화학적 발포법 등을 예로 들 수 있다. 그리고, 각각의 방법을 병용할 수도 있지만, 특히 폴리알킬실록산과 폴리에테르와의 공중합체인 실리콘계 계면활성제를 사용한 기계적 발포법이 바람직하다. 실리콘계 계면활성제로서는, SH-192 및 L-5340(도레이 다우코닝 실리콘사 제조), B8443, B8465(골드슈미트사 제조) 등이 바람직한 화합물로서 예시된다. 실리콘계 계면활성제는, 폴리우레탄 원료 조성물 중에 0.05∼10 중량% 첨가하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.1∼5 중량%이다.

그리고, 필요에 따라, 산화 방지제 등의 안정제, 윤활제, 안료, 충전제, 대전(帶電) 방지제, 그 외의 첨가제를 첨가할 수도 있다.

연마 패드(연마층)를 구성하는 독립 기포 타입의 연질 폴리우레탄 수지 발포체를 프리폴리머법에 의해 제조하는 경우의 예에 대하여 이하에 설명한다. 관한 연질 폴리우레탄 수지 발포체의 제조 방법은, 이하의 공정을 포함한다.

1) 기포 분산액을 제작하는 발포 공정

이소시아네이트 말단 프리폴리머를 포함하는 제1 성분에 실리콘계 계면활성제를 연질 폴리우레탄 수지 발포체 중에 0.05∼10 중량%로 되도록 첨가하고, 비반응성 기체의 존재 하에서 교반하고, 비반응성 기체를 미세 기포로 만들어 분산시켜 기포 분산액으로 만든다. 상기 프리폴리머가 상온에서 고체인 경우에는 적절한 온도로 예열하고, 용융하여 사용한다.

2) 경화제(쇄연장제) 혼합 공정

상기한 기포 분산액에 쇄연장제를 포함하는 제2 성분을 첨가, 혼합, 교반하여 발포 반응액으로 만든다.

3) 주형(注型) 공정

상기한 발포 반응액을 금형에 주입한다.

4) 경화 공정

금형에 주입된 발포 반응액을 가열하고, 반응 경화시켜, 연질 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 제작한다.

상기 미세 기포를 형성하기 위해 사용되는 비반응성 기체는, 가연성이 아닌 것이 바람직하고, 구체적으로는 질소, 산소, 탄산 가스, 헬륨이나 아르곤 등의 희가스나 이들의 혼합 기체가 예시되며, 건조하여 수분을 제거한 공기의 사용이 비용면에서도 가장 바람직하다.

비반응성 기체를 미세 기포 상태로 만들어서 실리콘계 계면활성제를 포함하는 제1 성분에 분산시키는 교반 장치로서는, 공지의 교반 장치는 특별히 한정하지 않고 사용 가능하며, 구체적으로는 호모지나이저, 디졸버, 2축 유성형 믹서(planetary mixer) 등이 예시된다. 교반 장치의 교반 날개의 형상도 특별히 한정되지 않으며, 휘퍼형 교반 날개를 사용하면 미세 기포를 얻을 수 있으므로 바람직하다.

그리고, 발포 공정에 있어서 기포 분산액을 형성하는 교반과, 혼합 공정에서의 쇄연장제를 첨가하여 혼합하는 교반은, 상이한 교반 장치를 사용하는 것도 바람직한 태양이다. 특히 혼합 공정에서의 교반은 기포를 형성하는 교반이 아니라도 되고, 큰 기포를 말려들게 하지 않는 교반 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 이와 같은 교반 장치로서는, 유성형 믹서가 바람직하다. 발포 공정과 혼합 공정의 교반 장치를 동일한 교반 장치를 사용해도 무방하며, 필요에 따라 교반 날개의 회전 속도를 조정하는 등의 교반 조건의 조정을 행하여 사용하는 것도 바람직하다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체의 제조 방법에 있어서는, 발포 반응액을 형에 주입하여 유동하지 않게 될 때까지 반응한 발포체를, 가열하고, 포스트큐어하는 것은, 발포체의 물리적 특성을 향상시키는 효과가 있으므로, 극히 바람직하다. 금형에 발포 반응액을 주입하고 즉시 가열 오븐 중에 넣어 포스트큐어를 행하는 조건이라도 되며, 이와 같은 조건 하에서도 반응 성분에 바로 열이 전달되지 않기 때문에, 기포 직경이 커지지는 않는다. 경화 반응은, 상압(常壓)에서 행하는 것이 기포 형상이 안정되므로, 바람직하다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체에 있어서, 제3급 아민계 등의 공지의 폴리우레탄 반응을 촉진하는 촉매를 사용해도 상관없다. 촉매의 종류, 첨가량은, 혼합 공정 후, 소정 형상의 형에 주입하는 유동 시간을 고려하여 선택한다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체의 제조 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 각 성분을 계량하여 용기에 투입하고, 교반하는 배치(batch) 방식이 바람직하다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체 블록의 제조 방법에 있어서는, 기포 분산 우레탄 조성물을 몰드에 주입하여 유동하지 않게 될 때까지 반응한 발포체를, 가열, 포스트큐어하는 것은, 발포체의 물리적 특성을 향상시키는 효과가 있어, 극히 바람직하다. 포스트큐어의 온도는, 사용하는 감온성 촉매의 활성화 온도 이상으로 할 필요가 있으며, 통상 80∼120 ℃ 정도이다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체의 평균 기포 직경은, 30∼100 ㎛인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 30∼80 ㎛이다. 전술한 범위로부터 벗어나는 경우에는, 연마 속도가 저하되거나, 연마 후의 피연마재(웨이퍼)의 플래너리티(planarity)(평탄성)이 저하되는 경향이 있다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체의 비중은, 0.6∼0.9인 것이 바람직하고, 0.7∼0.8인 것이 더욱 바람직하다. 비중이 0.5 미만인 경우, 연마층의 표면 강도가 저하되어, 피연마재의 플래너리티가 저하되는 경향이 있다. 또한, 1.0보다 큰 경우에는, 연마층 표면의 기포 수가 적어지게 되고, 플래너리티는 양호하지만, 연마 속도가 저하되는 경향이 있다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체의 경도는, 상온(25℃)에서, 아스카 D 경도계에 의해, 30 이하이다. 아스카 D 경도가 30을 초과하는 경우에는, 마무리용으로서는 스크래치가 발생하는 경향이 있다. 또한, 연질 폴리우레탄 수지 발포체의 경도는, 상온에서, 아스카 D 경도계에 의해, 20 이상인 것이 바람직하다. 아스카 D 경도가 20 미만인 경우에는, 평탄화 특성이 저하되는 경향이 있다.

상기 공정에서는, 상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 냉각함으로써, 아스카 D 경도를 35 이상으로 조정한다.

냉각 수단은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 냉동고, 냉장고에 일정 시간 보관하는 등에 의해 냉각할 수 있다.

냉각 온도는, 상온(25℃)에서 아스카 D 경도 30 이하인 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록의 아스카 D 경도를 35 이상으로 조정할 수 있다면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 10℃ 이상 30℃ 이하이다.

<냉각에 의해 아스카 D 경도가 조정된 블록을 소정 두께로 슬라이스하여 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻는 공정 B>

상기 공정에서는, 냉각시킴으로써 아스카 D 경도 35 이상으로 조정한 상기 블록을 소정 두께로 슬라이스하여 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻는다.

냉각시킴으로써 아스카 D 경도를 조정한 상기 블록을 소정 두께로 슬라이스하는 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 즉 밴드 소(band saw) 방식이나 대패 방식이 있다. 그 중에서도, 대패 방식은 생산성의 관점에서 바람직하다. 종래에는, 상기 대패 방식으로 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 소정 두께로 양호한 정밀도로 또한 양호한 생산성으로 슬라이스하는 것은 곤란했지만, 본 실시형태에 따른 연마 패드의 제조 방법이면, 상기 대패 방식으로 양호한 정밀도로 또한 양호한 생산성으로 슬라이스하는 것이 가능하게 된다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트의 두께 편차는 100㎛ 이하인 것이 바람직하다. 두께 편차가 100㎛를 초과하는 것은, 연마층이 큰 파형을 가지게 되어, 피연마재에 대한 접촉 상태가 상이한 부분이 생겨 연마 특성에 악영향을 미친다. 또한, 연마층의 두께 편차를 해소하기 위하여, 일반적으로는, 연마 초기에 연마층 표면을 다이아몬드 연마재를 전착(電着), 융착시킨 드레서를 사용하여 드레싱하지만, 전술한 범위를 초과하면, 드레싱 시간이 길어져, 생산 효율을 저하시키게 된다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트의 두께의 편차를 억제하는 방법으로서는, 소정 두께로 슬라이스한 시트 표면을 버핑하는 방법을 예로 들 수 있다. 또한, 버핑할 때는, 입도(粒度) 등이 상이한 연마재로 단계적으로 행하는 것이 바람직하다.

연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 통상 0.8∼4 ㎜ 정도이며, 1.5∼2.5 ㎜인 것이 바람직하다.

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 보다 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 격자홈, 동심원형 홈, 관통공, 관통되지 않는 구멍, 다각 기둥, 원기둥, 나선형 홈, 편심원형 홈, 방사형 홈, 및 이들 홈을 조합한 것이 있다. 또한, 이들 요철 구조는 규칙성이 있는 것이 일반적이지만, 슬러리의 유지·갱신성을 바람직하도록 하기 위하여, 소정 범위마다 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등을 변화시키는 것도 가능하다.

상기 요철 구조의 제작 방법은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 소정 사이즈의 바이트와 같은 지그를 사용하여 기계적으로 절삭하는 방법, 소정의 표면 형상을 가진 프레스판으로 수지를 프레스하여 제작하는 방법, 포토리소그래피를 사용하여 제작하는 방법, 탄산 가스 레이저 등을 사용한 레이저광에 의한 제작 방법 등이 있다.

본 발명의 연마 패드는, 상기 연마층과 쿠션층을 접합시킨 것이라도 된다.

쿠션층은, 연마층의 특성을 보강하는 것이다. 쿠션층은, CMP에 있어서, 트레이드오프(trade off)의 관계에 있는 플래너리티와 유니포미티(uniformity)의 양자를 양립시키기 위해 필요한 것이다. 플래너리티란, 패턴 형성 시에 발생하는 미소 요철이 있는 피연마재를 연마했을 때의 패턴부의 평탄성을 말하여, 유니포미티란, 피연마재 전체의 균일성을 말한다. 연마층의 특성에 의해, 플래너리티를 개선하고, 쿠션층의 특성에 의해 유니포미티를 개선한다. 본 발명의 연마 패드에 있어서는, 쿠션층은 연마층보다 연질인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

쿠션층으로서는, 예를 들면, 폴리에스테르 부직포, 나일론 부직포, 아크릴 부직포 등의 섬유 부직포나 폴리우레탄을 함침한 폴리에스테르 부직포와 같은 수지 함침 부직포, 폴리우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등의 고분자 수지 발포체, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무 등의 고무성 수지, 감광성 수지 등이 있다.

연마층과 쿠션층을 접합시키는 수단으로서는, 예를 들면, 연마층과 쿠션층을 양면 테이프를 사이에 두고 프레스하는 방법이 있다.

상기 양면 테이프는, 부직포나 필름 등의 기재(基材)의 양면에 접착층을 형성한 일반적인 구성을 가지는 것이다. 쿠션층으로의 슬러리의 침투 등을 방지하는 것을 고려하면, 기재에 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 접착층의 조성으로서는, 예를 들면, 고무계 접착제나 아크릴계 접착제 등이 있다. 금속 이온의 함유량을 고려하면, 아크릴계 접착제는, 금속 이온 함유량이 적기 때문에 바람직하다. 또한, 연마층과 쿠션층은 조성이 상이한 것도 있으므로, 양면 테이프의 각 접착층의 조성을 상이한 것으로 하여, 각 층의 접착력을 적정화할 수도 있다.

본 발명의 연마 패드는, 플래튼(platen)과 접착하는 면에 양면 테이프가 설치되어 있어도 된다. 상기 양면 테이프로서는, 전술한 바와 마찬가지로 기재의 양면에 접착층을 형성한 일반적인 구성을 가지는 것을 사용할 수 있다. 기재로서는, 예를 들면, 부직포나 필름 등이 있다. 연마 패드 사용 후의 플래튼으로부터의 박리를 고려하면, 기재에 필름을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 접착층의 조성으로서는, 예를 들면, 고무계 접착제나 아크릴계 접착제 등이 있다. 금속 이온의 함유량을 고려하면, 아크릴계 접착제는, 금속 이온 함유량이 적기 때문에 바람직하다.

반도체 디바이스는, 상기 연마 패드를 사용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 거쳐 제조된다. 반도체 웨이퍼는, 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 연마 패드(연마층)(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 반도체 웨이퍼(4)를 지지하는 지지대(폴리싱 헤드)(5)와, 웨이퍼로의 균일 가압을 행하기 위한 배킹재(backing material)와, 연마제(3) 공급 기구를 구비한 연마 장치 등을 사용하여 행해진다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접착함으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는, 각각에 지지된 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 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구(機構)가 설치되어 있다. 연마 시에는, 연마 정반(2)과 지지대(5)를 회전시키면서 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하고, 슬러리를 공급하면서 연마를 행한다. 슬러리의 유량, 연마 하중, 연마 정반 회전수, 및 웨이퍼 회전수는 특별히 제한되지 않으며, 적절하게 조정하여 행한다.

이로써, 반도체 웨이퍼(4)의 표면의 돌출된 부분이 제거되어 평탄형으로 연마된다. 그 후, 다이싱(dicing), 본딩, 패키징 등에 의해 반도체 디바이스가 제조된다. 반도체 디바이스는, 연산 처리 장치나 메모리 등에 사용된다.

[실시예]

이하에서, 본 발명을 실시예에 따라 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예로 한정되는 것은 아니다.

[측정, 평가 방법]

(수평균 분자량)

수평균 분자량은, GPC(겔·투과·크로마토그래피)에 의해 측정하고, 표준 폴리스티렌에 의해 환산하였다. GPC 장치: 시마즈 제작소 제조, LC-10A 컬럼: Polymer Laboratories사 제조, (PLgel, 5㎛, 500Å), (PLgel, 5㎛, 100Å), 및 (PLgel, 5㎛, 50Å)의 3개의 컬럼을 연결하여 사용 유량: 1.0 ml/min 농도: 1.0 g/l 주입량: 40μl 컬럼 온도: 40℃ 용리액: 테트라하이드로퓨란

(평균 기포 직경)

제작한 폴리우레탄 수지 발포체를 두께 1 ㎜ 이하로 가능한 한 얇게 미크로톰 커터로 평행하게 잘라낸 것을 평균 기포 직경 측정용 시료로 하였다. 시료를 슬라이드 유리 상에 고정하고, SEM(S-3500N, 히타치 사이어스시스템즈(주))을 사용하여 100배로 관찰했다. 얻어진 화상을 화상 해석 소프트웨어(WinRoof, 미타니 상사(주))를 사용하여, 임의 범위의 전체 기포 직경을 측정하고, 평균 기포 직경을 산출하였다.

(비중)

JIS Z8807-1976에 준거하여 행하였다. 제작한 폴리우레탄 수지 발포체를 4 cm×8.5 cm의 직사각형(두께: 임의)으로 잘라낸 것을 비중 측정용 시료로 하고, 온도 23℃±2℃, 습도 50%±5%의 환경에서 16시간 정치(靜置)시켰다. 측정에는 비중계(사토리우스사 제조)를 사용하여, 비중을 측정하였다.

(연질 폴리우레탄 수지 발포체의 D 경도)

JIS K6253-1997에 준거하여 행하였다. 제작한 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 2 cm×2 cm(두께: 임의)의 크기로 잘라낸 것을 경도 측정용 시료로 하고, 상온시의 조건으로서 온도 23℃±2℃, 습도 50%±5%의 환경에서 8시간 정치시켰다. 냉각·가열 시에는 동일한 샘플을 냉각·가열 온도 조건과 동일한 보온고에 8시간 보관했다. 측정 시에는, 시료를 중첩시켜, 두께 6 ㎜ 이상으로 만들었다. 경도계(고분자 계기사 제조, 아스카 D형 경도계)를 사용하여, 경도를 측정하였다.

(연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트의 두께 정밀도)

제작한 폴리우레탄 발포체를 50 cm×50 cm의 크기로 잘라낸 것을 샘플로 하고, 상기 샘플에 가로 세로 5 cm마다 직선을 그어, 그 교점의 두께를 마이크로미터(미쓰토요사 제조, CLM1-15QM)를 사용하여 측정하고, 그 최대값(max)과 최소값(min)의 차이에 의해 두께 정밀도를 평가했다. 평가 기준은 하기와 같다.

○: max-min≤50㎛

×: max-min>50㎛

(슬라이스 상태의 평가)

제작한 폴리우레탄 발포체를 슬라이스 중에 문제가 없는지, 또한 슬라이스 후의 시트 면을 육안에 의해 관찰하여 단차, 국부적인 절입 등이 없는지를 확인하였다. 평가 기준은 하기와 같다.

○: 슬라이스 작업 문제 없음. 가공 후 시트 표면에 육안 관찰에 의해 단차, 절입이 관찰되지 않음.

×: 슬라이스 작업중에 과부하 등으로 장치가 정지. 또는 블록의 막힘이 발생. 슬라이스 작업은 행할 수 있었지만 시트 표면에 육안 관찰에 의해 단차, 절입이 관찰됨.

(실시예 1)

(연질 폴리우레탄 수지 발포체 블록의 제작)

용기에 톨루엔 디이소시아네이트(미쓰이화학사 제조, TDI-80, 2,4-체/2,6-체=80/20의 혼합물) 18.2 중량부, 다량화 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트(스미카 바이엘 우레탄사 제조, 스미쥴 N3300, 이소시아누레이트 타입) 22.5 중량부, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(미쓰이화학사 제조, PTMG1000, 수산기가: 112.2 KOHmg/g) 57.1 중량부, 1,4-부탄디올(나카라이시약사 제조, 1,4-BG) 2.2 중량부를 넣고, 70℃에서 4시간 반응시켜 이소시아네이트 말단 프리폴리머 A를 얻었다. 그리고, 다량화 1,6-헥사메틸렌 디이소시아네이트의 함유량은, 전체 이소시아네이트 성분에 대하여 55 중량%이다. 상기 프리폴리머 A 100 중량부 및 실리콘계 계면활성제(골드슈미트사 제조, B8465) 3 중량부를 중합 용기 내에 가하여 혼합하고, 80℃로 조정하여 감압하에서 탈포했다. 그 후, 교반 날개를 사용하여, 회전수 900 rpm으로 반응계 내에 기포를 받아들일 수 있도록 약 4분간 격렬하게 교반을 행하였다. 거기에 사전에 120℃로 용융한 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린) 19.9 중량부를 첨가하였다. 상기 혼합액을 약 1분간 교반한 후, 빵형의 오픈 몰드(주형 용기)에 주입하였다. 이 혼합액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐 내에 넣고, 100℃에서 16시간 포스트큐어를 행하여, 평균 기포 직경 61㎛, 비중 0.750의 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 얻었다.

(냉각에 의한 아스카 D 경도의 조정)

상기 연마 시트를 각 설정 온도의 항온기에 넣고, 설정 온도가 된 후부터 8시간 냉각·보관했다. 그리고, 상기 연마 시트는 슬라이스 직전까지 항온기에 넣어 두었다.

(슬라이스)

20℃로 냉각시킴으로써 아스카 D 경도를 조정한 연질 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 슬라이서(아미텍사 제조, VGW-125)를 사용하여 슬라이스했다.

(실시예 2, 비교예 1)

연질 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 표 1에 기재된 온도로 냉각 또는 가열함으로써, 아스카 D 경도를 조절한 점 이외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 행하였다.

[표 1]

표 1로부터, 실시예 1 및 2의 연마 패드에서는, 양호한 정밀도로 슬라이스할 수 있었다.

[산업상 이용가능성]

본 발명의 연마 패드의 제조 방법은, 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 행하는 연마 패드의 제조 방법에 사용할 수 있다.

1: 연마 패드
2: 연마 정반
3: 연마제(슬러리)
4: 피연마재(반도체 웨이퍼)
5: 지지대(폴리싱 헤드)
6, 7: 회전축

Claims (2)

1. 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트로 이루어지는 연마층을 가지는 연마 패드를 제조하는 방법으로서,
   상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체가 25℃에서 아스카 D 경도 30 이하이며,
   상기 연질 폴리우레탄 수지 발포체로 이루어지는 블록을 냉각함으로써 아스카 D 경도 35 이상으로 조정하는 공정 A; 및
   냉각에 의해 아스카 D 경도가 조정된 상기 블록을 소정 두께로 슬라이스하여 연질 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻는 공정 B
   를 포함하는 연마 패드의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 공정 B에 있어서,
   상기 블록을 소정 두께로 슬라이스하는 수단이, 대패 방식인, 연마 패드의 제조 방법.

Images