KR20220159664A - 연마 시스템, 연마 패드 및 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
정반에 대한 연마패드의 부착 및 탈착의 정확성과 용이성이 극대화된 연마시스템으로서, 상부에 연마패드가 장착되는 정반; 및 상기 정반 상에 장착되는 연마패드를 포함하고, 상기 연마패드는 연마면 및 상기 연마면의 이면인 정반부착면을 포함하고, 상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하며, 상기 정반은 적어도 하나의 양각부를 포함하고, 상기 양각부와 상기 음각부는 서로 상보 결합 구조인 연마 시스템과 이를 적용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
Description
연마 공정에 적용되는 연마 시스템에 관한 것이고, 상기 연마 시스템에 적용되는 연마 패드와 상기 연마 시스템이 적용된 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정은 다양한 기술 분야에서 다양한 목적에 의해 수행될 수 있다. CMP 공정은 연마 대상의 소정의 연마면을 대상으로 수행되며, 연마면의 평탄화, 응집된 물질의 제거, 결정 격자 손상의 해소, 스크래치 및 오염원의 제거 등의 목적으로 수행될 수 있다.
반도체 공정의 CMP 공정 기술의 분류는 연마 대상 막질 또는 연마 후 표면 형상에 따라 구분할 수 있다. 예를 들어, 연마 대상 막질에 따라 단일 실리콘(single silicon) 또는 폴리 실리콘(poly silicon)으로 나눌 수 있고, 불순물의 종류에 의해 구분되는 다양한 산화막 또는 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta) 등의 금속막 CMP 공정으로 분류할 수 있다. 그리고, 연마 후 표면 형상에 따라, 기판 표면의 거칠기를 완화시키는 공정, 다층 회로 배선으로 인해 발생되는 단차를 평탄화하는 공정, 연마 후 회로 배선을 선택적으로 형성하기 위한 소자 분리 공정으로 분류할 수 있다.
CMP 공정은 반도체 소자의 제조 과정에서 복수로 적용될 수 있다. 반도체 소자의 경우 복수의 층을 포함하고, 각 층마다 복잡하고 미세한 회로 패턴을 포함한다. 또한, 최근 반도체 소자는 개별적인 칩 크기는 줄어들고, 각 층의 패턴은 보다 복잡하고 미세해지는 방향으로 진화되고 있다. 이에 따라, 반도체 소자를 제조하는 과정에서 회로 배선의 평탄화 목적뿐만 아니라 회로 배선의 분리 및 배선 표면 개선의 응용 등으로 CMP 공정의 목적이 확대되었고, 그 결과 보다 정교하고 신뢰성 있는 CMP 성능이 요구되고 있다.
이러한 CMP 공정에 사용되는 연마패드는 마찰을 통해 연마면을 요구되는 수준으로 가공하는 공정용 부품으로서, 연마 후 연마 대상의 두께 균일도, 연마면의 평탄도 및 연마 품질 등에 있어서 가장 중요한 요소들 중 하나로 볼 수 있다.
일 구현예는 연마패드의 정확한 부착 및 용이한 탈착이 가능한 연마 시스템으로서 시스템 수명(life time)이 장기화되면서도 연마 효율이 크게 향상됨에 따라 연마율, 연마평탄도 및 결함 방지 측면에서 결과적으로 우수한 연마 성능을 구현할 수 있는 연마 시스템을 제공하고자 한다.
다른 구현예는 상기 연마 시스템에 적용되기에 최적화된 연마패드로서 자체적인 물성 및 구조 측면에서 상기 연마 시스템의 효율을 극대화할 수 있는 연마패드를 제공하고자 한다.
또 다른 구현예는 상기 연마 시스템 및 상기 연마패드를 적용한 반도체 소자의 제조방법으로서, 미세하고 정밀한 공정 컨트롤(control)이 필수적인 반도체 공정에서 이에 최적화된 상기 연마패드와 이를 적용한 상기 연마 시스템을 응용함으로써 결과적으로 반도체 소자 제조 공정의 효율을 크게 향상시키고, 최종 연마된 반도체 기판의 표면이 우수한 물성을 구현할 수 있는 공정적 수단을 제공하고자 한다.
일 구현예에서, 상부에 연마패드가 장착되는 정반; 및 상기 정반 상에 장착되는 연마패드를 포함하고, 상기 연마패드는 연마면 및 상기 연마면의 이면인 정반부착면을 포함하고, 상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하며, 상기 정반은 적어도 하나의 양각부를 포함하고, 상기 양각부와 상기 음각부는 서로 상보 결합 구조인, 연마 시스템을 제공한다.
상기 정반부착면이 적어도 2개의 음각부를 포함하며, 상기 적어도 2개의 음각부 중에서 임의의 제1 음각부와 제2 음각부에 대하여, 각각의 중심으로부터 상기 정반부착면 상의 상기 연마패드의 중심에 이르는 직선을 제1 직선 및 제2 직선이라 할 때, 상기 제1 직선 및 상기 제2 직선이 이루는 내각 θ 는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
-1 < 
< 1
상기 연마패드는 상기 연마면을 포함하는 연마층; 및 상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 2의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 2]
상기 연마패드는, 상기 연마면을 포함하는 연마층; 및 상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고, 상기 연마면이 상기 연마층의 두께보다 작은 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브를 포함하며, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 3의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 3]
상기 정반부착면이 중심영역 및 말단영역을 포함하고, 상기 말단영역은 상기 정반부착면의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심으로 향하는 직선 거리가 제1 직선거리(R1)에 해당하는 영역이며, 상기 정반부착면의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심까지의 직선 거리가 제2 직선거리(R2)일 때, 상기 제1 직선거리(R1) 대 상기 제2 직선거리(R2)의 비율이 0.2 : 1 내지 0.5 : 1이고, 상기 음각부는 상기 말단영역에 위치할 수 있다.
다른 구현예에서, 연마면 및 상기 연마면의 이면에 정반부착면을 포함하고, 상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하며, 상기 음각부는 상기 정반부착면을 통하여 장착될 정반 상의 양각부와 상보 결합 구조를 갖는 연마패드를 제공한다.
상기 연마패드는 상기 연마면을 포함하는 연마층; 및 상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 2의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 2]
상기 연마패드는 상기 연마면을 포함하는 연마층; 및 상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고, 상기 연마면이 상기 연마층의 두께보다 작은 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브를 포함하며, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 3의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 3]
상기 연마패드에 있어서, 상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 5중량% 내지 11중량%일 수 있다.
상기 연마면이 상기 그루브를 2 이상 포함하고, 상기 그루브는 그 깊이가 100㎛ 내지 1500㎛이며, 그 폭이 100㎛ 내지 1000㎛이고, 인접한 두 그루브 사이의 피치(pitch)가 2mm 내지 70mm일 수 있다.
또 다른 구현예에서, 연마면 및 상기 연마면의 이면에 정반부착면을 포함하는 연마패드를 정반 상에 결합시키는 단계; 및 상기 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마 대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마 대상이 반도체 기판을 포함하며, 상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하고, 상기 정반이 적어도 하나의 양각부를 포함하며, 상기 연마패드를 상기 정반 상에 결합시키는 단계에서, 상기 양각부와 상기 음각부가 서로 맞물리도록 결합시키는, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
상기 연마 대상의 피연마면이 상기 연마층의 연마면에 가압되는 하중이 0.01psi 내지 20psi일 수 있다.
상기 연마패드 및 상기 연마 대상의 회전 속도는 각각 10rpm 내지 500rpm일 수 있다.
상기 연마 시스템은 상기 음각부 및 상기 양각부의 상보 결합 구조를 통하여 연마패드와 정반 사이의 정확한 부착 및 용이한 탈착이 가능한 이점이 있으며, 이를 통해 정반의 손상 및 변형을 방지하여 시스템 수명(life time)이 장기화되면서도, 공정 시간 단축 등을 통하여 연마 효율이 크게 향상됨에 따라 연마율, 연마평탄도 및 결함 방지 측면에서 결과적으로 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다.
상기 연마패드는 적절히 설계된 이의 구조 및 조성 상의 특징을 통하여 상기 연마 시스템에 최적화된 연마패드로서 기능하며, 그 결과, 상기 연마 시스템의 효율을 극대화할 뿐만 아니라, 상기 연마패드 자체적인 제공 표면에 따라 이를 적용한 반도체 공정의 연마 수율 및 성능을 크게 향상시킬 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마 시스템 및 상기 연마패드를 적용한 제조 공정으로서, 상기 연마패드와 이를 적용한 상기 연마 시스템을 통하여 미세하고 정밀한 공정 컨트롤(control)이 가능할 수 있다. 그 결과, 제조 공정의 효율이 크게 향상되며, 최종 연마된 반도체 기판의 표면이 연마평탄도 및 결함 방지 등의 측면에서 우수한 물성을 구현함에 따라 반도체 소자의 품질을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 상기 일 구현예에 따른 상기 연마 시스템의 투시 사시도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 음각부를 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 다른 구현예에 따른 상기 음각부를 확대 도시한 사시도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 연마패드의 상기 정반부착면을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A'에 해당하는 상기 연마패드의 두께 방향 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 일 구현예에 따른 상기 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 7은 음각부의 위치에 따른 실시예들의 상기 음각부가 상호 이루는 각도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 음각부를 확대 도시한 사시도이다.
도 3은 다른 구현예에 따른 상기 음각부를 확대 도시한 사시도이다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 연마패드의 상기 정반부착면을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A'에 해당하는 상기 연마패드의 두께 방향 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 6은 일 구현예에 따른 상기 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
도 7은 음각부의 위치에 따른 실시예들의 상기 음각부가 상호 이루는 각도를 개략적으로 도시한 것이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
일 구현예에서, 상부에 연마패드가 장착되는 정반; 및 상기 정반 상에 장착되는 연마패드를 포함하고, 상기 연마패드는 연마면 및 상기 연마면의 이면인 정반부착면을 포함하고, 상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하며, 상기 정반은 적어도 하나의 양각부를 포함하고, 상기 양각부와 상기 음각부는 서로 상보 결합 구조인, 연마 시스템을 제공한다.
도 1은 상기 연마 시스템(200)의 일 구현예를 개략적으로 도시한 투시 사시도이다. 도 1을 참조할 때, 상기 연마 시스템(200)은 정반(120) 및 연마패드(110)를 포함하고, 상기 연마패드는 연마면(11) 및 상기 연마면(11)의 이면인 정반부착면(12)을 포함한다.
상기 정반(120)은 적어도 하나의 양각부(121)를 포함하고, 상기 정반부착면(12)은 적어도 하나의 음각부(111)를 포함하며, 상기 양각부(121) 및 상기 음각부(111)는 서로 상보 결합 구조이다.
이러한 연마 시스템(200)은 다양한 기술 분야에 응용 가능하며, 예를 들어, 반도체 소자의 제조 공정에 적용되어 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다. 상기 양각부(121) 및 상기 음각부(111)의 상보 결합 구조를 적용한 연마시스템(200)은 상기 연마패드(110)의 정확한 탈착 및 부착을 가능하게 하며, 이와 동시에, 이러한 구조적 불균일성에 의한 연마 성능의 저하없이 우수한 연마 평탄도 및 결함 방지 효과를 구현할 수 있다.
최근 반도체 소자의 고집적화에 따라 그 구조의 정교성에 대한 요구 수준이 상당히 높아지고 있다. 구체적으로, 최근 반도체 소자는 수 나노미터(nm) 수준의 복잡한 회로의 형성이 요구되기 때문에, 제조 공정에 있어서 정교하고 미세한 컨트롤(control)을 요구한다. 이에 따라, 반도체 박막의 평탄화 공정 중의 아주 미세한 차이에 의해서도 불량률에 큰 차이가 발생할 수 있다.
상기 연마 시스템(200)은 상기 반도체 소자의 제조 과정 중에 다양한 박막의 평탄화 작업의 공정 요소로 적용될 수 있다. 상기 연마 시스템(200) 중의 상기 연마패드(110)는 반도체 기판의 표면에 실질적으로 직접적인 물리력을 가하는 방식으로 공정에 적용되기 때문에 이의 미세한 구조적 차이에 의해서도 반도체 소자의 불량률에 큰 차이가 발생할 수 있다. 도 1을 참조할 때, 상기 연마패드(110)의 상기 정반부착면(12)이 적어도 하나의 음각부(111)를 포함하는데, 상기 음각부(111)는 상기 연마패드(110)의 전체적인 평면 구조에 불균일성을 부여하는 요소로 볼 수 있다. 상기 연마패드(110)의 연마면(11)에 대하여 가압 조건 하에서 반도체 기판을 연마하는 공정을 고려할 때, 이러한 국소적인 구조적 불균일 요소는 상기 반도체 기판에 대하여 국소적으로 상이한 물리적 영향력을 제공할 수 있고, 이는 상기 반도체 기판의 연마 표면 전체를 균일하게 평탄화 해야하는 연마 공정의 목적 상 부정적으로 작용할 수 있다.
다만, 일 구현예에 따른 상기 연마 시스템(200)은, 이하 상세히 설명하고자 하는 특징들에 의하여, 상기 음각부(111) 및 상기 양각부(112)의 상보 결합 구조가 반도체 기판의 연마 공정에 대하여 긍정적인 영향력만을 행사하도록 하는 것에 그 기술적 의의가 있다. 구체적으로, 상기 연마 시스템(200)을 통하여 반도체 제조 공정 중의 상기 연마패드(110)의 정확한 탈착 및 부착이 가능하며, 이와 동시에, 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120)이 전면적에 걸쳐 연마 대상인 반도체 기판에 균일한 탄성력 및 지지 강성을 제공함에 따라 우수한 연마 평탄도 및 결함 방지 효과를 구현할 수 있다.
도 1 및 도 3을 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 연마 시스템(200)에 있어서, 상기 연마패드(110)의 정반부착면(12)이 적어도 2개의 음각부(111)를 포함하며, 상기 적어도 2개의 음각부(111) 중에서 임의의 제1 음각부(101)와 제2 음각부(102)에 대하여, 각각의 중심으로부터 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 중심(X)에 이르는 직선을 각각 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)이라 할 때, 상기 제1 직선(L2) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 내각 θ 는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
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< 1
상기 음각부(111)의 '중심'은 상기 음각부(111)의 평면 형상을 이등분하는 중심선 상의 중점을 의미한다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 음각부(111)의 평면 형상이 대칭 부채꼴 형상인 경우, 부채꼴의 꼭지점이 상기 음각부(111)의 중심이 될 수 있다.
상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 '중심'은 상기 연마패드(110)의 무게 중심으로부터 상기 정반부착면(12)으로 수직인 직선을 그었을 때, 상기 정반부착면(12) 상의 그 지점을 의미한다.
상기 제1 직선(L1) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 '내각'은 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(111)의 중심을 기준으로 두 직선이 이루는 2개의 각도 중에서 상대적으로 작은 각도를 의미한다.
예시적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연마패드(110)가 상기 정반부착면(12) 상에 3개의 음각부(111)를 포함하는 경우, 이 중 임의의 두 음각부(101, 102)에 대하여 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 중심에 이르는 직선(L1, L2)을 그었을 때, 이 두 직선이 이루는 내각(θ)은 상기 식 1의 값을 만족할 수 있다. 즉, 상기 3개의 음각부(111) 중 어느 임의의 두 음각부(101, 102)의 경우도, 이들에 대한 두 직선(L1, L2)이 이루는 내각(θ)이 180°일 수 없다. 일반적으로 연마패드를 정반에 부착할 때, 상기 연마패드의 정반부착면 상에 사전 배치되어 있던 이형필름을 일부분 이형하여 먼저 정반의 적확한 위치에 부착한 후 나머지 이형필름을 이형시키면서 이형된 부위의 정반부착면이 정반에 부착되는 방식으로 부착하게 되는데, 이때 적어도 2개 이상의 음각부(111)에 대하여, 임의의 두 음각부가 상호 대칭적 위치, 즉, 두 직선(L1, L2)이 이루는 내각이 180°를 만족하는 위치에 존재하는 경우, 첫번째 음각부를 먼저 정반에 부착시킨 후 두번째 음각부의 위치를 정확하게 부착하기 힘든 문제가 발생할 수 있다. 즉, 상기 제1 직선(L2) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 내각이 상기 식 1의 조건을 만족하도록 복수의 음각부가 배치됨으로써 상기 정반 상의 복수의 양각부에 각각 대응되도록 부착함에 있어서 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 연마패드(111)를 확대 도시한 사시도이다. 도 2를 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 상기 연마면(11)을 포함하는 연마층(10) 및 상기 정반부착면(12)을 포함하는 쿠션층(20)을 포함하며, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 2의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 2]
상기 음각부의 깊이(D2)가 너무 얕으면 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이에서 발생하는 전단응력에 의해 구조적 변형이 발생하여, 상기 정반(120) 상에 배치된 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 측면에서 부정적인 영향을 줄 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 쿠션층의 두께(D3)보다 작거나 같으면 상기 쿠션층(20)의 구조적 지지력 대비 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이에서 발생하는 전단응력에 의한 구조적 변형 정도가 커지게 되어 상기 정반(120) 상에 배치된 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 측면에서 부정적인 영향을 줄 수 있다. 역으로, 상기 음각부의 깊이(D2)가 지나치게 깊어 상기 연마패드(110)의 두께 방향을 관통하게 되면 상기 정반의 양각부(121)가 외부로 노출되고, 상기 반도체 기판의 피연마면의 결함(Defect) 발생 및 연마 균일도 저하의 원인이 될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 연마패드의 두께(D1)와 동일하게 되면, 상기 정반의 양각부(121)가 외부로 노출되고, 상기 반도체 기판의 피연마면의 결함(Defect) 발생 및 연마 균일도 저하의 원인이 될 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)의 상기 정반부착면(12)을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 3을 참조할 때, 상기 정반부착면(12)이 중심영역(Central Area, CA) 및 말단영역(Edge Area, EA)을 포함하고, 상기 말단영역(EA)은 상기 정반부착면(12)의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심(X)으로 향하는 직선 거리가 제1 직선거리(R1)에 해당하는 영역이며, 상기 음각부(111)는 상기 말단영역(EA)에 위치할 수 있다. 이때, 상기 정반부착면(12)의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심(X)까지의 직선 거리가 제2 직선거리(R2)일 때, 상기 제1 직선거리(R1) 대 상기 제2 직선거리(R2)의 비율이 약 0.01 : 1 내지 약 0.3 : 1일 수 있고, 예를 들어, 약 0.02 : 1 내지 약 0.25 : 1, 예를 들어, 약 0.03 : 1 내지 약 0.2 : 1, 예를 들어, 약 0.04 : 1 내지 약 0.15 : 1일 수 있다. 상기 음각부(111)가 상기 정반부착면(12)의 말단영역(EA)에 위치함으로써 상기 중심영역(CA)에 위치하는 경우에 비하여 탈부착의 정확성 향상에 유리할 수 있으며, 구조적인 불균일성으로 인한 연마 성능에 대한 부정적인 영향력을 최소화하는 측면에서 유리할 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)에 대하여, 상기 도 3의 A-A'에 해당하는 두께 방향 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에서, 상기 음각부(111) 내부를 관통하여 가시화되는 부분의 도시는 생략되었다.
도 4를 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 상기 연마면(11)을 포함하는 연마층(10) 및 상기 정반부착면(12)을 포함하는 쿠션층(20)을 포함하고, 상기 연마면(11)이 상기 연마층(10)의 두께(D4)보다 작은 깊이(d1)를 갖는 적어도 하나의 그루브(112)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 3의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 3]
상기 그루브(112)는 상기 연마 시스템에 있어서, 상기 연마면(11) 상에 인가되는 연마 슬러리 등의 유동성을 적절히 확보하기 위한 구조로서 상기 연마층의 두께(D4)보다 작은 깊이(d1)를 갖도록 절삭 가공된 것이다. 상기 연마패드의 연마면(11)은 연마 공정이 지속됨에 따라 절삭 및 마모되므로 상기 그루브의 깊이(d1)는 상기 연마 시스템에 의한 연마 공정이 지속됨에 따라 점차 얕아진다. 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 식 3의 상한과 같거나 이보다 클 경우, 상기 연마면(11)이 절삭 및 마모되어 상기 연마패드(110)의 최대 수명에 도달하기 전에, 상기 음각부(111)의 불균일 구조가 상기 연마면(11)을 통하여 상기 반도체 기판의 피연마면에 영향을 주게 되어, 연마 균일도를 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 식 3의 하한과 같거나 이보다 작을 경우, 상기 연마패드(110)의 음각부(111)와 상기 정반(120)의 양각부(121)의 상보 결합 구조에 따른 구조적 강성이 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이의 전단 응력에 저항할 정도로 확보되지 못하여 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 등의 측면에서 부정적인 결과가 산출될 우려가 있다.
상기 그루브(112)와 상기 음각부(111)의 구조적 크기가 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 상기 음각부(111)와 상기 양각부(121)의 상보 결합 구조에 따른 기계적 결합의 정확성과 상기 연마면(11)을 통한 연마 대상의 연마 결과에 있어서 모두 우수한 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연마패드(110)는 연마 공정에 사용 중에 소정의 압력의 가압 환경 하에서 연마 대상을 연마하게 되고, 필요에 따라, 화학적 연마 작용의 촉진을 위하여 연마액 또는 연마 슬러리 등을 인가하여 습윤 환경에서 사용된다. 이때, 상기 그루브(112)와 상기 음각부(111)의 구조적 크기가 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 상기 연마면(11)을 통하여 연마 대상에 전달되는 탄성력 및 강성이 적정 수준을 만족할 수 있고, 이와 동시에, 상기 연마액 또는 연마슬러리의 침습을 방지하여 장기적인 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 연마 시스템(200)은 상기 연마면(11) 상에 연마 슬러리 등의 필요에 따른 유체를 인가하는 유체 주입 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 유체 주입 수단을 통하여 상기 연마면(11) 상에 연마 슬러리가 인가될 수 있다. 예를 들어, 상기 연마패드(110)는 상기 연마면(11)에 상기 그루브(112)를 적어도 하나 포함하고, 상기 유체 주입 수단을 통하여 주입되는 연마 슬러리의 유속은 약 10ml/분 내지 약 1,000ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 10ml/분 내지 약 800ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 50 ㎤/분 내지 약 500 ㎤/분일 수 있다. 상기 연마 슬러리가 이와 같은 유속으로 상기 유체 주입 수단을 통하여 상기 그루브(112)를 갖는 연마면(11) 상에 인가됨으로써 상기 그루브(112)를 통한 적정 수준의 유동성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 상기 그루브(112)를 통한 상기 연마 슬러리의 유동성이 너무 느리면 상기 그루브(112) 내에 상기 연마 슬러리가 머무는 시간이 그만큼 길어지게 되고 상기 그루브(112)의 깊이와 상기 음각부(111)의 깊이의 유기적 관계에 따라 적정 수준으로 확보되어야 하는 연마 균일도에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 즉, 상기 유체 주입 수단을 통하여 상기 연마 슬러리가 전술한 범위의 유속으로 주입됨에 따라 상기 음각부(111) 및 상기 그루브(112)가 전술한 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 얻게 되는 상기 연마 시스템의 기술적 이점을 확보하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 연마 시스템(200)은 상기 정반(120)에 대한 상기 연마패드(110)의 가압 하중이 약 2psi 내지 약 7psi 범위에서 조절되는 가압 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 가압 수단은 연마 대상을 상기 연마패드(110)의 연마면(11)에 대하여 상기 범위의 하중으로 가압하는 수단일 수 있고, 또는 본격적인 연마 공정 전에 상기 연마패드(110)를 상기 정반(120)에 밀착시키기 위해 가압하는 수단일 수 있다. 상기 가압 하중은 공정 목적에 따라 전술한 범위에서 적절히 조절될 수 있다. 가압 하중이 상기 범위 내에서 조절됨으로써 상기 연마 시스템(200)을 통하여 연마할 때, 상기 음각부(111)에 의한 연마 성능의 불균일성을 최소화할 수 있다.
상기 연마 시스템(200)에 있어서, 상기 연마패드(110)가 구비한 특징들에 후술되는 연마패드에 관한 구조, 조성 등의 모든 특징이 통합될 수 있다. 즉, 상기 연마 시스템(200)에 적용되는 연마패드(110)는 후술되는 바에 따른 소정의 적층 구조 및/또는 소정의 화학적 조성을 갖는 예비 조성물로부터 형성된 연마층 등의 특징을 갖는 연마패드로서, 상기 연마 시스템(200)에 최적화된 특징을 보유할 수 있다.
다른 구현예에서, 연마면 및 상기 연마면의 이면에 정반부착면을 포함하고, 상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하며, 상기 음각부는 상기 정반부착면을 통하여 장착될 정반 상의 양각부와 상보 결합 구조를 갖는 연마패드를 제공한다.
상기 음각부와 이의 구조적 특징에 관한 사항은 모두 상기 연마 시스템에 관하여 전술한 바와 같다. 즉, 상기 연마 시스템(200)에 관하여 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 내용 중 상기 연마패드(110)의 특징들은 본 구현예에 따른 상기 연마패드의 특징으로 통합 해석된다.
도 1 및 도 3을 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)의 정반부착면(12)이 적어도 2개의 음각부(111)를 포함하며, 상기 적어도 2개의 음각부(111) 중에서 임의의 제1 음각부(101)와 제2 음각부(102)에 대하여, 각각의 중심으로부터 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 중심(X)에 이르는 직선을 각각 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)이라 할 때, 상기 제1 직선(L2) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 내각 θ 는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
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상기 음각부(111)의 '중심'은 상기 음각부(111)의 평면 형상을 이등분하는 중심선 상의 중점을 의미한다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 음각부(111)의 평면 형상이 대칭 부채꼴 형상인 경우, 부채꼴의 꼭지점이 상기 음각부(111)의 중심이 될 수 있다.
상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 '중심'은 상기 연마패드(110)의 무게 중심으로부터 상기 정반부착면(12)으로 수직인 직선을 그었을 때, 상기 정반부착면(12) 상의 그 지점을 의미한다.
상기 제1 직선(L1) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 '내각'은 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(111)의 중심을 기준으로 두 직선이 이루는 2개의 각도 중에서 상대적으로 작은 각도를 의미한다.
예시적으로, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 연마패드(110)가 상기 정반부착면(12) 상에 3개의 음각부(111)를 포함하는 경우, 이 중 임의의 두 음각부(101, 102)에 대하여 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 중심에 이르는 직선(L1, L2)을 그었을 때, 이 두 직선이 이루는 내각(θ)은 상기 식 1의 값을 만족할 수 있다. 즉, 상기 3개의 음각부(111) 중 어느 임의의 두 음각부(101, 102)의 경우도, 이들에 대한 두 직선(L1, L2)이 이루는 내각(θ)이 180°일 수 없다. 일반적으로 연마패드를 정반에 부착할 때, 상기 연마패드의 정반부착면 상에 사전 배치되어 있던 이형필름을 일부분 이형하여 먼저 정반의 적확한 위치에 부착한 후 나머지 이형필름을 이형시키면서 이형된 부위의 정반부착면이 정반에 부착되는 방식으로 부착하게 되는데, 이때 적어도 2개 이상의 음각부(111)에 대하여, 임의의 두 음각부가 상호 대칭적 위치, 즉, 두 직선(L1, L2)이 이루는 내각이 180°를 만족하는 위치에 존재하는 경우, 첫번째 음각부를 먼저 정반에 부착시킨 후 두번째 음각부의 위치를 정확하게 부착하기 힘든 문제가 발생할 수 있다. 즉, 상기 제1 직선(L2) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 내각이 상기 식 1의 조건을 만족하도록 복수의 음각부가 배치됨으로써 상기 정반 상의 복수의 양각부에 각각 대응되도록 부착함에 있어서 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)는 상기 연마면(11)을 포함하는 연마층(10) 및 상기 정반부착면(12)을 포함하는 쿠션층(20)을 포함하며, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 2의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 2]
상기 음각부의 깊이(D2)가 너무 얕으면 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이에서 발생하는 전단응력에 의해 구조적 변형이 발생하여, 상기 정반(120) 상에 배치된 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 측면에서 부정적인 영향을 줄 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 쿠션층의 두께(D3)보다 작거나 같으면 상기 쿠션층(20)의 구조적 지지력 대비 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이에서 발생하는 전단응력에 의한 구조적 변형 정도가 커지게 되어 상기 정반(120) 상에 배치된 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 측면에서 부정적인 영향을 줄 수 있다. 역으로, 상기 음각부의 깊이(D2)가 지나치게 깊어 상기 연마패드(110)의 두께 방향을 관통하게 되면 상기 정반의 양각부(121)가 외부로 노출되고, 상기 반도체 기판의 피연마면의 결함(Defect) 발생 및 연마 균일도 저하의 원인이 될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 연마패드의 두께(D1)와 동일하게 되면, 상기 정반의 양각부(121)가 외부로 노출되고, 상기 반도체 기판의 피연마면의 결함(Defect) 발생 및 연마 균일도 저하의 원인이 될 수 있다.
도 3을 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 상기 정반부착면(12)이 중심영역(Central Area, CA) 및 말단영역(Edge Area, EA)을 포함하고, 상기 말단영역(EA)은 상기 정반부착면(12)의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심(X)으로 향하는 직선 거리가 제1 직선거리(R1)에 해당하는 영역이며, 상기 음각부(111)는 상기 말단영역(EA)에 위치할 수 있다. 이때, 상기 정반부착면(12)의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심(X)까지의 직선 거리가 제2 직선거리(R2)일 때, 상기 제1 직선거리(R1) 대 상기 제2 직선거리(R2)의 비율이 약 0.01 : 1 내지 약 0.3 : 1일 수 있고, 예를 들어, 약 0.02 : 1 내지 약 0.25 : 1, 예를 들어, 약 0.03 : 1 내지 약 0.2 : 1, 예를 들어, 약 0.04 : 1 내지 약 0.15 : 1일 수 있다. 상기 음각부(111)가 상기 정반부착면(12)의 말단영역(EA)에 위치함으로써 상기 중심영역(CA)에 위치하는 경우에 비하여 탈부착의 정확성 향상에 유리할 수 있으며, 구조적인 불균일성으로 인한 연마 성능에 대한 부정적인 영향력을 최소화하는 측면에서 유리할 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)에 대하여, 상기 도 3의 A-A'에 해당하는 두께 방향 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 4에서, 상기 음각부(111) 내부를 관통하여 가시화되는 부분의 도시는 생략되었다.
도 4를 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 상기 연마면(11)을 포함하는 연마층(10) 및 상기 정반부착면(12)을 포함하는 쿠션층(20)을 포함하고, 상기 연마면(11)이 상기 연마층(10)의 두께(D4)보다 작은 깊이(d1)를 갖는 적어도 하나의 그루브(112)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 3의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 3]
상기 그루브(112)는 상기 연마면(11) 상에 인가되는 연마 슬러리 등의 유동성을 적절히 확보하기 위한 구조로서 상기 연마층의 두께(D4)보다 작은 깊이(d1)를 갖도록 절삭 가공된 것이다. 상기 연마패드의 연마면(11)은 연마 공정이 지속됨에 따라 절삭 및 마모되므로 상기 그루브의 깊이(d1)는 연마 공정이 지속됨에 따라 점차 얕아진다. 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 식 3의 상한과 같거나 이보다 클 경우, 상기 연마면(11)이 절삭 및 마모되어 상기 연마패드(110)의 최대 수명에 도달하기 전에, 상기 음각부(111)의 불균일 구조가 상기 연마면(11)을 통하여 상기 반도체 기판의 피연마면에 영향을 주게 되어, 연마 균일도를 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 식 3의 하한과 같거나 이보다 작을 경우, 상기 연마패드(110)의 음각부(111)와 상기 정반(120)의 양각부(121)의 상보 결합 구조에 따른 구조적 강성이 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이의 전단 응력에 저항할 정도로 확보되지 못하여 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 등의 측면에서 부정적인 결과가 산출될 우려가 있다.
상기 그루브(112)와 상기 음각부(111)의 구조적 크기가 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 상기 음각부(111)와 상기 정반 상의 양각부(121)의 상보 결합 구조에 따른 기계적 결합의 정확성과 상기 연마면(11)을 통한 연마 대상의 연마 결과에 있어서 모두 우수한 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연마패드(110)는 연마 공정에 사용 중에 소정의 압력의 가압 환경 하에서 연마 대상을 연마하게 되고, 필요에 따라, 화학적 연마 작용의 촉진을 위하여 연마액 또는 연마 슬러리 등을 인가하여 습윤 환경에서 사용된다. 이때, 상기 그루브(112)와 상기 음각부(111)의 구조적 크기가 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 상기 연마면(11)을 통하여 연마 대상에 전달되는 탄성력 및 강성이 적정 수준을 만족할 수 있고, 이와 동시에, 상기 연마액 또는 연마슬러리의 침습을 방지하여 장기적인 내구성을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 상기 연마층(10) 및 상기 쿠션층(20)을 포함하고, 상기 연마층(10)과 상기 쿠션층(20)의 부착을 위한 접착층(30)을 포함할 수 있다. 상기 음각부(111)는 상기 연마층(10), 상기 접착층(30) 및 상기 쿠션층(20)에 걸쳐 형성될 수 있다. 상기 연마패드(110) 각 층의 구조 및 조성 등은 각 층의 경도, 신율, 인장강도 등의 물성을 결정하는 주요한 요소 중 하나이며, 각 층에 걸쳐 형성된 상기 음각부(111)와 상호 연계되어 상기 연마면(11)을 통하여 연마 대상에 전달되는 최종 연마 성능을 결정하는 요소가 될 수 있다.
상기 연마층(10)은 연마 대상에 대하여 상기 연마면(11)을 제공하고, 상기 연마 대상에 대하여 적정 탄성력 및 물리적 기계 강성을 제공하여 연마 대상의 표면이 고르고 균일하게 연마될 수 있도록 기능하는 층으로서, 상기 연마 패드(110)의 본연의 기능을 위한 주요 구성으로 볼 수 있다.
이때, 상기 연마층(10)의 재질 및 구조 등은 상기 음각부(111)와 연계되어 연마 대상에 대한 최종 영향력을 결정하는 주요 요소가 될 수 있다. 상기 연마층의 재질 및 구조 등은 연마 대상의 종류에 따라 다양하게 결정될 수 있으나, 상기 음각부(111)와 같은 구조적 불균일 요소가 상기 연마면(11)을 통해 전달하는 연마 대상에 대한 부정적인 영향력을 최소화하기 위한 최적의 재질 및 구조로 설계되는 것이 중요하다고 볼 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층(10)은 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물의 경화물을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 예비 조성물은 경화제 및 발포제를 더 포함할 수 있다. 상기 '프리폴리머(prepolymer)'는 경화물의 제조에 있어서 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 상기 프리폴리머는 그 자체로 가열 및/또는 가압 등의 추가적인 경화 공정을 거치거나, 또는 다른 중합성 화합물, 예를 들어, 이종의 모노머 또는 이종의 프리폴리머와 같은 추가 화합물과 혼합하여 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물을 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 상기 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 및 지환족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌디이소시아네이트(p-phenylenediisocyanate), 토리딘디이소시아네이트(tolidinediisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethanediisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(dicyclohexylmethanediisocyanate), 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 '폴리올(polyol)'이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 일 구현예에서, 상기 폴리올 화합물은 히드록시기가 2개인 2가 알코올 화합물 즉, 디올(diol) 또는 글리콜(glycol); 또는 히드록시기가 3개인 3가 알코올 화합물, 즉, 트리올(triol) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG), 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3- 프로필렌글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌글리콜(DEG), 디프로필렌글리콜(DPG), 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌트리올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 이의 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리올 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다. 상기 고분자량 폴리올의 중량평균분자량(Mw)은 예를 들어, 약 500g/mol 이상, 약 1,800g/mol 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 700g/mol 이상, 약 1,800g/mol 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 폴리올 화합물은 상기 우레탄계 프리폴리머 내에서 적절한 가교 구조를 형성할 수 있고, 상기 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물이 소정의 공정 조건 하에 경화되어 형성된 상기 연마층이 전술한 효과를 구현하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 이의 중량평균분자량(Mw)이 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol일 수 있고, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol일 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머가 전술한 중량평균분자량(Mw)에 상응하는 중합도를 가지는 경우, 상기 예비 조성물이 소정의 공정 조건 하에서 경화되어 형성된 상기 연마층이 전술한 효과를 구현하기에 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다. 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 상기 폴리올 화합물은, 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있다. 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI)를 포함할 수 있고, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
상기 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG)의 함량은 상기 이소시아네이트 화합물 전체 중량 100 중량부 대비, 약 100 중량부 내지 약 150 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 105 중량부 내지 약 140 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 110 중량부 내지 약 140 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 120 중량부 내지 약 140 중량부일 수 있다.
상기 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량은 상기 이소시아네이트 화합물 전체 중량 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 20 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부일 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물이 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함하고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물이 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 포함하는 경우, 상기 2,6-TDI의 함량은 상기 2,4-TDI 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 40 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 3 중량부 내지 약 28 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부 일 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물이 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함하는 경우, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물의 함량은 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물 전체 100 중량부 대비 약 5 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 10 중량부 내지 약 25 중량부일 수 있다.
상기 예비 조성물이 전술한 조성적 특징을 만족하는 경우, 상기 예비 조성물의 경화를 통하여 제조된 상기 연마층이 적절한 물리적/기계적 물성을 확보할 수 있고, 상기 연마층의 연마면을 통하여 상기 음각부에 의한 부정적인 영향력이 연마 대상에 전달되는 것을 효과적으로 차단하면서, 상기 연마면 자체적인 물성에 기인하여 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다.
상기 예비 조성물은 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 11중량%일 수 있고, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 8.5중량% 내지 약 10중량%일 수 있다. 상기 '이소시아네이트기 함량'은 상기 예비 조성물의 전체 중량 중에서 우레탄 반응되지 않고 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기(-NCO) 중량의 백분율을 의미한다. 상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 모노머의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머 제조 공정의 온도 및 압력 등의 공정 조건, 및 상기 우레탄계 프리폴리머 제조에 이용되는 첨가제의 종류 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다. 상기 이소시아네이트기 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 예비 조성물의 경화를 통하여 상기 연마층이 적절한 물리적 물성을 확보할 수 있고, 상기 연마층의 연마면을 통하여 상기 음각부에 의한 부정적인 영향력이 연마 대상으로 전달되는 것을 효과적으로 차단할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 예비 조성물은 경화제 및 발포제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 상기 연마층(10) 내의 최종 경화 구조체를 형성하기 위한 화합물로서, 예를 들어, 아민 화합물 또는 알코올 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알코올, 지방족 알코올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline); MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디메틸티오톨루엔디아민(dimethyl thio-toluene diamine; DMTDA), 프로판디올 비스 p-아미노벤조에이트(propanediol bis p-aminobenzoate), Methylene bis-methylanthranilate, 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 예비 조성물은 전체 중량 100 중량부 대비 상기 경화제를 약 18 중량부 내지 약 27 중량부, 예를 들어, 약 19 중량부 내지 약 26 중량부, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 26 중량부 포함할 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 연마패드의 목적 성능을 구현하는 데 보다 유리할 수 있다.
상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(-NCO)와 상기 경화제 중의 반응기의 몰비(NCO : 반응기)는 약 1 : 0.80 내지 약 1 : 1.20일 수 있고, 예를 들어, 약 1 : 0.90 내지 약 1 : 1.10일 수 있고, 예를 들어, 약 1 : 0.90 내지 약 1 : 1.00일 수 있고, 예를 들어, 약 1:90 이상, 약 1:1.00 미만일 수 있다. 상기 반응기는 상기 경화제의 종류에 따라 달라지나, 예를 들어, 아민기(-NH2) 또는 수산화기(-OH)일 수 있다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기와 상기 경화제 중의 반응기의 몰비가 전술한 범위를 만족하는 경우, 상기 예비 조성물 중의 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제의 화학적 반응에 의하여 적절한 가교 구조가 형성될 수 있고, 그 결과, 상기 연마층의 연마면을 통하여 상기 음각부에 의한 부정적인 영향력이 연마 대상에 전달되는 것을 효과적으로 차단하면서, 상기 연마면 자체적인 물성에 기인하여 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다.
상기 발포제는 상기 연마층 내의 기공 구조를 형성하기 위한 성분으로서 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 40㎛일 수 있다. 상기 고상 발포제의 평균 입경은 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마층을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 연마층 내에서의 크기가 결정될 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열팽창된(expanded) 입자, 미팽창된(unexpanded) 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 열팽창된 입자는 열에 의해 사전 팽창된 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의한 크기 변화가 작거나 거의 없는 입자를 의미한다. 상기 미팽창된 입자는 사전 팽창되지 않은 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의하여 팽창되어 최종 크기가 결정되는 입자를 의미한다.
상기 팽창성 입자는 수지 재질의 외피; 및 상기 외피로 봉입된 내부에 존재하는 팽창 유발 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외피는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 팽창 유발 성분은 탄화수소 화합물, 클로로플루오로 화합물, 테트라알킬실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄화수소 화합물은 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(n-butane), 이소부탄(isobutene), n-부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 클로로플루오로 화합물은 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 테트라알킬실란 화합물은 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 선택적으로 무기 성분 처리 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 무기 성분 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 실리카(SiO2) 입자 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제의 무기 성분 처리는 복수의 입자 간 응집을 방지할 수 있다. 상기 무기 성분 처리된 고상 발포제는 무기 성분 처리되지 않은 고상 발포제와 발포제 표면의 화학적, 전기적 및/또는 물리적 특성이 상이할 수 있다.
상기 고상 발포제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.7 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.6 중량부일 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 고상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제가 반응하는 과정에서 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 기상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다
일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성은 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마층의 전 영역에 걸쳐 균질한 기공 특성을 구현하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자는 약 5㎛ 내지 약 200㎛의 평균 입경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 열팽창된 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 80㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 45㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 상기 열팽창된 입자의 D50으로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자의 밀도는 약 30kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 38kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발포제는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 고상발포제 및 상기 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인을 통하여 주입될 수 있다. 상기 기상 발포제의 주입 속도는 약 0.8L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.7L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.7L/min일 수 있다.
상기 연마층을 제조하기 위한 조성물은 계면활성제, 반응속도조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 '계면활성제', '반응속도조절제' 등의 명칭은 해당 물질의 주된 역할을 기준으로 임의 지칭하는 명칭이며, 각각의 해당 물질이 반드시 해당 명칭으로 역할에 국한된 기능만을 수행하는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 기공들의 응집 또는 중첩 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 1.9 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도조절제는 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 2-메틸-트리에틸렌디아민, 디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민, 트리이소프로판올아민, 1,4-디아자바이사이클로(2,2,2)옥탄, 비스(2-메틸아미노에틸) 에테르, 트리메틸아미노에틸에탄올아민, N,N,N,N,N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸아미노에틸아민, 디메틸아미노프로필아민, 벤질디메틸아민, N-에틸모르폴린, N,N-디메틸아미노에틸모르폴린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자노보네인, 디부틸틴 디라우레이트, 스태너스 옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디옥틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 말리에이트, 디부틸틴 디-2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디머캅타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민 및 트리에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 0.3 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 약 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 전술한 함량 범위로 사용될 경우, 예비 조성물의 경화 반응속도를 적절하게 조절하여 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖는 연마층을 형성할 수 있다.
상기 연마층(10)이 적절히 선택된 화합물로부터 유래된 예비 조성물의 경화물을 포함함으로써 상기 음각부(111)와 같은 배면의 구조적 불균일 요소에도 불구하고 연마면을 통하여 전면적에 걸쳐 균일한 연마 성능을 구현할 수 있고, 그 결과, 연마 대상의 연마 결과에 있어서, 우수한 연마 평탄도 및 연마율을 나타내며 표면 결함(Defect) 발생을 최소화하는 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 음각부(111)와 같은 국소적인 수분 침투 요소에도 불구하고 상기 연마층(10) 자체의 재질 및 구조에 의한 방습 기능이 극대화되어, 연마 슬러리 또는 연마액 등이 인가되는 습윤 환경에서의 장시간 연마 공정 중에도 교체가 필요 없는 장기 내구성을 구현할 수 있다.
도 4를 참조할 때, 상기 연마면(11)은 상기 연마층(10)의 두께보다 작은 깊이로 가공된 홈 또는 그루브(112)를 더 포함할 수 있다. 상기 연마면(111)은 복수의 그루브(112)를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 연마패드(110)의 평면 구조는 실질적으로 원형일 수 있고, 상기 복수의 그루브(112)는 상기 연마층(10)의 평면상 중심으로부터 말단을 향해 소정의 간격으로 이격 배치된 동심원형 구조일 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 복수의 그루브(112)는 상기 연마층(10)의 평면상의 중심으로부터 말단을 향해 연속 형성된 방사형일 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 복수의 그루브(112)는 동심원형 및 방사형을 동시에 포함할 수 있다. 상기 그루브(112)는 상기 연마패드(110)를 이용한 연마 공정 중에 상기 연마면(11) 상에 공급되는 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성을 조절하거나, 상기 연마면(11)과 연마 대상의 피연마면의 직접적인 접촉 면적의 크기를 조절하여 물리적 연마 특성을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층의 두께는 약 0.8mm 내지 약 5.0mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 4.0mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 3.0mm, 예를 들어, 약 1.5mm 내지 약 3.0mm, 예를 들어, 약 1.7mm 내지 약 2.7mm, 예를 들어, 약 2.0mm 내지 약 3.5mm일 수 있다.
도 4를 참조할 때, 일 구현예에서, 상기 복수의 그루브(112)에 있어서, 각 그루브의 깊이(d1)는 약 100㎛ 내지 약 1500㎛일 수 있다. 예를 들어, 각 그루브의 깊이(d1)는 약 200㎛ 내지 약 1400㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 300㎛ 내지 약 1300㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 400㎛ 내지 약 1200㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 500㎛ 내지 약 1200㎛일 수 있다.
도 4를 참조할 때, 상기 복수의 그루브(112)에 있어서, 각 그루브의 폭(w1)은 약 100㎛ 내지 약 1000㎛일 수 있다. 예를 들어, 각 그루브의 폭(w1)는 약 200㎛ 내지 약 700㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 300㎛ 내지 약 700㎛m일 수 있고, 예를 들어, 약 400㎛ 내지 약 600㎛m일 수 있다.
도 4를 참조할 때, 상기 복수의 그루브(112)가 동심원형 그루브를 포함하는 경우, 인접한 두 그루브 사이의 피치(pitch, p1)는 약 2mm 내지 약 70mm일 수 있다. 예를 들어, 각 그루브의 피치(p1)는 약 2mm 내지 약 60mm일 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 50mm일 수 있고, 예를 들어, 약 2mm 내지 약 10mm일 수 있다.
상기 연마면(11) 상의 복수의 그루브(112)의 구조가 전술한 범위의 깊이(d1), 폭(w1) 및 피치(p1)를 만족하는 경우, 연마 슬러리 또는 연마액의 유동성 확보를 통하여 화학적인 연마 작용이 우수하게 구현됨과 동시에, 상기 정반부착면(12) 상의 구조적 불균일 요소인 상기 음각부(111)에 의해 상기 연마면(11)을 통해 전달되는 기계적 물성 등이 연마 성능에 부정적인 영향을 방지하는 측면에서 보다 유리할 수 있다.
상기 연마층(10)은 복수의 기공을 포함하는 다공성 구조일 수 있다. 상기 복수의 기공의 평균 크기는 약 5㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 35㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 복수의 기공은 그 일부가 상기 연마층의 연마면에서 외부로 드러나 상기 그루브(112)와는 구별되는 미세 오목부(미도시)로 나타날 수 있고, 이는 상기 연마패드의 사용 중에 상기 그루브(112)와 함께 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성 및 계류 공간을 결정하여 연마 특성의 조절 요소로 기능할 수 있다.
상기 연마면(11)은 상기 그루브(112)과는 구별되는 상기 미세 오목부에 의하여 소정의 표면 조도를 가질 수 있다. 일 구현예에서, 상기 연마면(11)의 표면 조도(Ra)는 약 1㎛ 내지 약 20㎛일 수 있다. 예를 들어, 상기 연마면(11)의 표면 조도(Ra)는 약 2㎛ 내지 약 18㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 3㎛ 내지 약 16㎛일 수 있고, 예를 들어, 약 4㎛ 내지 약 14㎛일 수 있다.
도 4를 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)는 상기 연마층(10)의 일면 상에 쿠션층(20)을 포함할 수 있다. 상기 쿠션층(20)은 상기 연마층(10)을 지지하면서 연마 공정 중의 피연마면에 전달되는 외부 압력 또는 외부 충격을 완화하는 버퍼(buffer)의 역할을 할 수 있다. 이를 통해, 상기 연마패드(110)를 적용한 연마 공정에서 연마 대상에 대한 손상 및 결함 발생을 방지하는 데 기여할 수 있다.
상기 쿠션층(20)은 부직포 또는 스웨이드(Suede)를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)은 부직포를 포함할 수 있다. 상기 '부직포'는 직조되지 않은 섬유의 3차원 망상 구조체를 의미한다. 구체적으로, 상기 쿠션층(20)은 부직포 및 상기 부직포에 함침된 수지를 포함할 수 있다.
상기 부직포는, 예를 들어, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 섬유의 부직포일 수 있다.
상기 부직포에 함침된 수지는, 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)은 폴리우레탄 수지를 포함하는 수지가 함침된 폴리에스테르 섬유를 포함하는 섬유의 부직물을 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 정반부착면(12)으로부터 소정의 깊이로 상기 음각부(111)을 제조하는 과정에서 상기 음각부(111)의 내부 표면이 매끈하게 형성되기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층(20)은 그 두께가 약 0.5mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 0.8mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.0mm, 예를 들어, 약 1.2mm 내지 약 1.8mm일 수 있다.
도 4를 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)는 상기 연마층(10)과 상기 쿠션층(20)을 부착하기 위한 제1 접착층(30)을 포함할 수 있다. 상기 제1 접착층(30)은 예를 들어, 열융착(heat sealing) 접착제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 접착층(30)은 우레탄계 접착제, 아크릴계 접착제, 실리콘계 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)는 상기 정반부착면(12) 상에 제2 접착층(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 접착층(40)은 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120)을 부착하기 위한 매개로서 예를 들어, 감압 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA)로부터 유래될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 제2 접착층(40)은 도 5 (a)에 도시된 바와 같이 상기 음각부(111)의 내부 표면을 제외한 정박부착면(12) 상에만 존재할 수도 있고, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 음각부(111)의 내부 표면을 포함한 정반부착면(12) 상에 존재할 수도 있다. 상기 제2 접착층(40)이 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 음각부(111)의 내부 표면을 제외한 상기 정반부착면(12) 상에 존재하는 경우, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 상기 음각부(111)의 내부 표면을 포함한 정반부착면(12) 상에 존재하는 경우보다 상기 제2 접착층(4)을 형성하는 공정 효율을 고려한 측면에서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)는 이의 최상위 표면과 최하위 표면을 관통하는 관통 영역(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 관통 영역은 상기 연마패드의 사용 중에 연마 종점 검출을 위한 구성으로서, 소정의 파장 조건의 광에 대하여 일정 수준 이상의 투과도를 나타낼 수 있다. 일 구현예에서, 상기 관통 영역에는 전체 두께의 적어도 일부를 거쳐 광투과 윈도우가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광투과 윈도우는 약 500nm 내지 약 700nm 파장 중 어느 하나의 파장의 광에 대한 투과율이 약 30% 초과, 예를 들어, 약 40% 내지 약 80%일 수 있다.
이하, 상기 연마패드(110)를 제조하는 방법에 관하여 설명하기로 한다.
상기 연마패드(110)는 연마면(11) 및 정반부착면(12)을 포함하는 패드를 제조하는 단계; 및 상기 패드의 정반부착면(12) 상에 적어도 하나의 음각부(111)를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 음각부(111)를 형성하는 단계에서, 상기 음각부(111)는 상기 연마패드(110)가 부착된 정반 상의 적어도 하나의 양각부(121)와 상보 결합 구조를 갖도록 형성되는 방법에 의하여 제조할 수 있다.
상기 패드를 제조하는 단계는, 연마층(10)을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연마층(10)을 제조하는 단계는 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하는 단계; 상기 예비 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 예비 조성물을 제조하는 단계는 디이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물을 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정일 수 있다. 상기 디이소시아네이트 화합물 및 상기 폴리올 화합물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 8.5중량% 내지 약 10중량%일 수 있다. 이 경우, 전술한 화학적 결합 구조를 갖는 연마층을 얻기에 보다 유리할 수 있다. 상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머의 말단 이소시아네이트기, 상기 디이소시아네이트 화합물 중 반응하지 않은 미반응 이소시아네이트기 등으로부터 유래될 수 있다.
상기 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 100cps 내지 약 1,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 550cps일 수 있고, 예를 들어, 약 300cps 내지 약 500cps일 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제 또는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 발포제의 종류 등에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 예비 조성물 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 예비 조성물과 경화제를 혼합하여 제2 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 1,000cps 내지 약 2,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,500cps일 수 있다.
상기 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 예비 조성물 및 상기 경화제를 포함하는 제3 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 예비 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하여 제4 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 예비 조성물은 고상 발포제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층을 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 연마층 제조용 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 연마층 제조용 조성물을 상기 예열 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 온도차는 약 10℃ 내지 약 40℃일 수 있고, 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 35℃일 수 있고, 예를 들어, 약 15℃ 내지 약 35℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도는 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 65℃ 내지 약 95℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 온도는 약 100℃ 내지 약 130℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 125℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
상기 연마층 제조용 조성물을 상기 제1 온도 하에서 경화시키는 단계는 약 5분 내지 약 60분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 40분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 30분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 25분동안 수행될 수 있다.
상기 제1 온도 하에서 경화된 연마층 제조용 조성물을 상기 제2 온도 하에서 후경화하는 단계는 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 12시간 내지 약 24시간, 예를 들어, 약 15시간 내지 약 24시간 동안 수행될 수 있다.
상기 패드를 제조하는 단계는, 상기 연마층(10)의 적어도 일면을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계는 상기 연마층의 적어도 일면 상에 그루브(groove)를 형성하는 단계 (1); 상기 연마층의 적어도 일면을 선삭(line turning)하는 단계 (2); 및 상기 연마층의 적어도 일면을 조면화하는 단계 (3) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 연마층(10)의 가공의 대상이 되는 면이 연마면(11)일 수 있다.
상기 단계 (1)에서, 상기 그루브(groove)는 상기 연마층의 중심으로부터 소정의 간격으로 이격형성되는 동심원형 그루브; 및 상기 연마층의 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2)에서, 상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 연마층을 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 단계 (3)에서 상기 조면화는 상기 연마층의 표면을 샌딩 롤러(Sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 패드를 제조하는 단계는, 상기 연마층의 연마면의 이면 상에 쿠션층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 쿠션층에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 동일하다.
상기 연마층과 상기 쿠션층은 열융착 접착제를 매개로 적층될 수 있다.
상기 연마층의 연마면의 이면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 상기 연마층과 맞닿을 표면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하며, 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 맞닿도록 상기 연마층과 상기 쿠션층을 적층한 후, 가압 롤러를 이용하여 두 층을 융착시킬 수 있다.
상기 패드를 제조하는 단계는, 상기 쿠션층의 연마층 부착면의 이면 상에 접착층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 접착층은 감압 접착제로부터 유래될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 패드의 정반부착면(12) 상에 적어도 하나의 음각부(111)를 형성하는 단계를 포함한다.
상기 음각부(111)는 목적 형상에 대응되는 형상을 갖는 절삭 공구에 의하여 상기 정반부착면(12)으로부터 소정의 깊이만큼 패드를 절삭하는 방법으로 형성될 수 있다.
상기 연마 시스템(200) 및 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 같이, 상기 음각부(111)는 상기 정반부착면(12)의 말단영역에 형성될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 음각부(111)를 적어도 2개 이상 형성할 수 있고, 임의의 하나의 음각부(101)와 다른 하나의 음각부(102)에 대한 상대적 위치 구조는 상기 연마 시스템(200) 및 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 같다.
또 다른 구현예에서, 연마면 및 상기 연마면의 이면에 정반부착면을 포함하는 연마패드를 정반 상에 결합시키는 단계; 및 상기 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마 대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마 대상이 반도체 기판을 포함하며, 상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하고, 상기 정반이 적어도 하나의 양각부를 포함하며, 상기 연마패드를 상기 정반 상에 결합시키는 단계에서 상기 양각부와 상기 음각부가 서로 맞물리도록 결합시키는, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
도 6은 일 구현예에 따른 상기 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 6을 참조할 때, 상기 연마패드(110)는 연마면(11) 및 정반부착면(12)을 포함하고, 상기 정반부착면(12)이 적어도 하나의 음각부(101, 102, 111)를 포함한다. 또한, 상기 정반(120)은 상기 음각부(101, 102, 111)와 상보 결합 구조를 갖는 적어도 하나의 양각부(121)를 포함한다.
도 1 내지 도 5를 참조하여 상기 연마패드에 관하여 전술한 모든 사항은 상기 반도체 소자의 제조방법의 연마패드에 관한 특징에 모두 통합 적용되어 해석된다.
상기 연마패드(110)를 상기 정반(120) 상에 결합시키는 단계에서, 상기 음각부(111)와 상기 양각부(112)가 서로 맞물리도록 결합 배치될 수 있다. 이로써, 상기 연마패드(110)의 상기 정반(120)에 대한 정확한 탈부착이 가능할 수 있고, 결과적으로 상기 반도체 소자의 제조방법의 공정 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 6을 참조할 때, 상기 연마패드(110)의 정반부착면(12)이 적어도 2개의 음각부(111)를 포함하며, 상기 적어도 2개의 음각부(111) 중에서 임의의 제1 음각부(101)와 제2 음각부(102)에 대하여, 각각의 중심으로부터 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 중심(X)에 이르는 직선을 각각 제1 직선(L1) 및 제2 직선(L2)이라 할 때, 상기 제1 직선(L2) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 내각 θ 는 하기 식 1을 만족할 수 있다.
[식 1]
-1 < 
< 1
상기 음각부(111)의 '중심'은 상기 음각부(111)의 평면 형상을 이등분하는 중심선 상의 중점을 의미한다. 예를 들어, 도 1 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 음각부(111)의 평면 형상이 대칭 부채꼴 형상인 경우, 부채꼴의 꼭지점이 상기 음각부(111)의 중심이 될 수 있다.
상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 '중심'은 상기 연마패드(110)의 무게 중심으로부터 상기 정반부착면(12)으로 수직인 직선을 그었을 때, 상기 정반부착면(12) 상의 그 지점을 의미한다.
상기 제1 직선(L1) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 '내각'은 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(111)의 중심을 기준으로 두 직선이 이루는 2개의 각도 중에서 상대적으로 작은 각도를 의미한다.
예시적으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 연마패드(110)가 상기 정반부착면(12) 상에 3개의 음각부(111)를 포함하는 경우, 이 중 임의의 두 음각부(101, 102)에 대하여 상기 정반부착면(12) 상의 상기 연마패드(110)의 중심에 이르는 직선(L1, L2)을 그었을 때, 이 두 직선이 이루는 내각(θ)은 상기 식 1의 값을 만족할 수 있다. 즉, 상기 3개의 음각부(111) 중 어느 임의의 두 음각부(101, 102)의 경우도, 이들에 대한 두 직선(L1, L2)이 이루는 내각(θ)이 180°일 수 없다. 일반적으로 연마패드를 정반에 부착할 때, 상기 연마패드의 정반부착면 상에 사전 배치되어 있던 이형필름을 일부분 이형하여 먼저 정반의 적확한 위치에 부착한 후 나머지 이형필름을 이형시키면서 이형된 부위의 정반부착면이 정반에 부착되는 방식으로 부착하게 되는데, 이때 적어도 2개 이상의 음각부(111)에 대하여, 임의의 두 음각부가 상호 대칭적 위치, 즉, 두 직선(L1, L2)이 이루는 내각이 180°를 만족하는 위치에 존재하는 경우, 첫번째 음각부를 먼저 정반에 부착시킨 후 두번째 음각부의 위치를 정확하게 부착하기 힘든 문제가 발생할 수 있다. 즉, 상기 제1 직선(L2) 및 상기 제2 직선(L2)이 이루는 내각이 상기 식 1의 조건을 만족하도록 복수의 음각부가 배치됨으로써 상기 정반 상의 복수의 양각부에 각각 대응되도록 부착함에 있어서 정확성을 향상시킬 수 있다.
도 2를 참조할 때, 일 구현예에 따른 상기 연마패드(110)는 상기 연마면(11)을 포함하는 연마층(10) 및 상기 정반부착면(12)을 포함하는 쿠션층(20)을 포함하며, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 2의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 2]
상기 음각부의 깊이(D2)가 너무 얕으면 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이에서 발생하는 전단응력에 의해 구조적 변형이 발생하여, 상기 정반(120) 상에 배치된 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 측면에서 부정적인 영향을 줄 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 쿠션층의 두께(D3)보다 작거나 같으면 상기 쿠션층(20)의 구조적 지지력 대비 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이에서 발생하는 전단응력에 의한 구조적 변형 정도가 커지게 되어 상기 정반(120) 상에 배치된 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 측면에서 부정적인 영향을 줄 수 있다. 역으로, 상기 음각부의 깊이(D2)가 지나치게 깊어 상기 연마패드(110)의 두께 방향을 관통하게 되면 상기 정반의 양각부(121)가 외부로 노출되고, 상기 반도체 기판의 피연마면의 결함(Defect) 발생 및 연마 균일도 저하의 원인이 될 수 있다. 다른 측면에서 설명하면, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 연마패드의 두께(D1)와 동일하게 되면, 상기 정반의 양각부(121)가 외부로 노출되고, 상기 반도체 기판의 피연마면의 결함(Defect) 발생 및 연마 균일도 저하의 원인이 될 수 있다.
상기 연마 시스템(200) 및 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 같이, 상기 음각부(111)는 상기 정반부착면(12)의 말단영역에 형성될 수 있다.
또한, 도 4를 참조할 때, 상기 연마 시스템(200) 및 상기 연마패드(110)에 관하여 전술한 바와 같이, 상기 연마패드(110)는 상기 연마면(11)을 포함하는 연마층(10) 및 상기 정반부착면(12)을 포함하는 쿠션층(20)을 포함하고, 상기 연마면(11)이 상기 연마층(10)의 두께(D4)보다 작은 깊이(d1)를 갖는 적어도 하나의 그루브(112)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 3의 상관 관계를 만족할 수 있다.
[식 3]
상기 그루브(112)는 상기 연마면(11) 상에 인가되는 연마 슬러리 등의 유동성을 적절히 확보하기 위한 구조로서 상기 연마층의 두께(D4)보다 작은 깊이(d1)를 갖도록 절삭 가공된 것이다. 상기 연마패드의 연마면(11)은 연마 공정이 지속됨에 따라 절삭 및 마모되므로 상기 그루브의 깊이(d1)는 연마 공정이 지속됨에 따라 점차 얕아진다. 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 식 3의 상한과 같거나 이보다 클 경우, 상기 연마면(11)이 절삭 및 마모되어 상기 연마패드(110)의 최대 수명에 도달하기 전에, 상기 음각부(111)의 불균일 구조가 상기 연마면(11)을 통하여 상기 반도체 기판의 피연마면에 영향을 주게 되어, 연마 균일도를 저하시키는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 상기 음각부의 깊이(D2)가 상기 식 3의 하한과 같거나 이보다 작을 경우, 상기 연마패드(110)의 음각부(111)와 상기 정반(120)의 양각부(121)의 상보 결합 구조에 따른 구조적 강성이 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120) 및 상기 반도체 기판 사이의 전단 응력에 저항할 정도로 확보되지 못하여 상기 연마패드(110)의 위치 변경 및 연마 균일도 저하 등의 측면에서 부정적인 결과가 산출될 우려가 있다.
상기 그루브(112)와 상기 음각부(111)의 구조적 크기가 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 상기 음각부(111)와 상기 정반 상의 양각부(121)의 상보 결합 구조에 따른 기계적 결합의 정확성과 상기 연마면(11)을 통한 연마 대상의 연마 결과에 있어서 모두 우수한 효과를 얻을 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연마패드(110)는 연마 공정에 사용 중에 소정의 압력의 가압 환경 하에서 연마 대상을 연마하게 되고, 필요에 따라, 화학적 연마 작용의 촉진을 위하여 연마액 또는 연마 슬러리 등을 인가하여 습윤 환경에서 사용된다. 이때, 상기 그루브(112)와 상기 음각부(111)의 구조적 크기가 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 상기 연마면(11)을 통하여 연마 대상에 전달되는 탄성력 및 강성이 적정 수준을 만족할 수 있고, 이와 동시에, 상기 연마액 또는 연마슬러리의 침습을 방지하여 장기적인 내구성을 향상시킬 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법에 있어서, 상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함한다. 상기 반도체 기판(130)은 이의 피연마면이 상이 연마패드(110)의 연마면(11)에 맞닿도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 피연마면과 상기 연마면(11)은 직접 맞닿을 수도 있고, 유동성 있는 연마액 또는 연마 슬러리 등을 매개로 간접적으로 맞닿을 수도 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 연마면(11) 상에 연마 슬러리(150)를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 슬러리(150)는 공급 노즐(140)을 통하여 상기 연마면(11) 상에 공급될 수 있다.
상기 공급 노즐(140)을 통하여 분사되는 상기 연마 슬러리(150)의 유속은 약 10ml/분 내지 약 1,000ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 10ml/분 내지 약 800ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 50 ㎤/분 내지 약 500 ㎤/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 상기 연마 슬러리(150)가 상기 그루브(112)를 갖는 연마면(11) 상에 인가될 때의 유속이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 그루브(112)를 통한 적정 수준의 유동성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 상기 그루브(112)를 통한 상기 연마 슬러리의 유동성이 너무 느리면 상기 그루브(112) 내에 상기 연마 슬러리가 머무는 시간이 그만큼 길어지게 되고 상기 그루브(112)의 깊이와 상기 음각부(111)의 깊이의 유기적 관계에 따라 적정 수준으로 확보되어야 하는 연마 균일도에 부정적인 영향을 줄 수 있다. 즉, 상기 연마 슬러리가 전술한 범위의 유속으로 주입됨에 따라 상기 음각부(111) 및 상기 그루브(112)가 전술한 상기 식 3의 상관 관계를 만족함으로써 얻게 되는 상기 연마 시스템의 기술적 이점을 확보하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 연마 슬러리(150)는 실리카 입자 또는 세리아 입자를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 기판(130)은 연마헤드(Polishing Head, 160)에 장착된 상태로 상기 연마면(11)에 소정의 하중으로 가압되면서 연마될 수 있다. 상기 연마헤드(160)에 의하여 상기 반도체 기판(130)의 피연마면이 상기 연마면(11) 상에 가압되는 하중은 예를 들어, 약 0.01psi 내지 약 20psi 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 0.1psi 내지 약 15psi일 수 있다. 상기 반도체 기판(130)의 피연마면이 전술한 하중으로 상기 연마면(11)에 가압되는 경우, 상기 연마패드(110)도 상기 정반(120)에 이에 상응하는 하중으로 가압될 수 있고, 이 경우, 상기 음각부(111)와 상기 양각부(121)의 결합 구조에도 불구하고 상기 연마면(11)이 전면적에 걸쳐 상기 반도체 기판(130)의 피연마면에 균일한 연마 성능을 전달하기 유리할 수 있다.
상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)는 각각의 피연마면과 연마면이 서로 맞닿은 채로 상대 회전할 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 회전 방향과 상기 연마패드(110)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다.
상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)의 회전 속도는 각각 약 10rpm 내지 약 500rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30rpm 내지 약 200rpm 일 수 있다. 상기 반도체 기판(130)이 전술한 범위의 회전 속도로 회전하고, 상기 연마패드(110)도 전술한 범위의 회전 속도로 회전하면서 각각의 피연마면과 연마면이 맞닿아 연마되는 경우, 상기 음각부(111)와 상기 양각부(121)의 결합 구조에도 불구하고 상기 연마면(11)이 전면적에 걸쳐 상기 반도체 기판(130)의 피연마면에 균일한 연마 성능을 전달하기 유리할 수 있다.
도 6을 참조할 때, 상기 음각부(111)와 상기 양각부(121)의 상보 결합 구조는 상기 연마패드(110)와 상기 정반(120)의 계면에 있어서 국소적으로 불균일한 구조를 갖는 부분이다. 상기 반도체 기판(130)이 상기 연마면(11)의 전면적에 걸쳐 가압 조건 하에서 연마되는 공정을 고려할 때, 이러한 불균일 구조는 상기 반도체 기판(130)의 피연마면에 결함(Defect)을 발생시키거나, 결과적인 연마 평탄도를 저하시키는 원인이 될 수 있다. 특히, 연마 공정이 진행됨에 따라 상기 연마패드(110)의 두께가 점점 얇아지는 것을 고려할 때 더욱 그러하다. 이때, 전술한 공정 조건 하에서 상기 반도체 기판(130)의 피연마면이 상기 연마면(11)에 대하여 연마됨으로써 상기 음각부(111)와 상기 양각부(121)의 상보 결합 구조에 의한 전술한 위험 요소를 최소화하기에 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 연마면이 연마에 적합한 표면 조도를 지속적으로 유지하도록 하기 위하여, 상기 반도체 기판(130)의 연마와 동시에 컨디셔너(170)를 통해 상기 연마패드(110)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예는 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하고, 이로 인해 본 발명의 권리 범위가 제한 해석되지 않으며, 본 발명의 권리 범위는 청구 범위에 의해서 결정되는 것이다.
<제조예>
제조예 1: 패드의 제조
디이소시아네이트 성분 및 폴리올 성분을 혼합하여 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 9 중량%가 되도록 반응시켰다. 상기 디이소시아네이트 성분으로 방향족 디이소시아네이트 및 지환족 디이소시아네이트를 사용하였고, 상기 방향족 디이소시아네이트로 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 사용하였고, 상기 지환족 디이소시아네이트로 H12MDI를 사용하였다. 상기 2,4-TDI 100 중량부 대비, 상기 2,6-TDI 25 중량부를 사용하였고, 상기 방향족 디이소시아네이트 전체 100 중량부 대비, 상기 H12MDI 11 중량부를 사용하였다. 상기 폴리올 성분으로 PTMG 및 DEG를 사용하였고, 상기 디이소시아네이트 성분 전체 100 중량부 대비, 상기 PTMG 129 중량부 및 상기 DEG 14 중량부를 사용하였다. 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 사용하였고, 중의 이소시아네이트기(NCO기) 대비 상기 경화제 중의 아민기(NH2)기의 몰비가 0.96이 되도록 혼합하였다. 이어서, 상기 예비 조성물 100 중량부 대비 고상발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였고, 동시에 기상 발포제로서 질소(N2) 기체를 1.0L/min의 주입 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응시키고 그루브 형성 및 선삭 가공을 거쳐 20mm 두께의 연마층을 제조하였다.
이어서, 상기 연마층의 일면에 멀티바이팅(multi-biting) 그루빙(grooving) 기계를 이용하여 복수의 동심원형 그루브를 제조하였다. 각 그루브의 깊이(d1)는 850㎛이고, 폭(w1)은 480㎛이며, 피치(p1)는 3.0mm가 되도록 형성하였다.
폴리에스테르 수지 부직포에 우레탄계 수지가 함침된 10mm 두께의 쿠션층을 준비하고, 상기 연마층의 일면에 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 일면에도 열융착제를 도포한 후 각각의 접착제 도포면이 맞닿도록 가압 롤러로 합지하였다. 이어서, 상기 쿠션층의 다른 일면 상에 감압접착제를 도포 및 건조하여 정반 상의 부착을 위한 접착층을 제조하였다.
<실시예 및 비교예>
I. 음각부 배치에 따른 특성
상기 제조예 1에서 제조된 패드에 대하여, 상기 감압접착제가 도포된 정반부착면 상에 각각 2개 또는 3개의 음각부를 제조하되, 하기 표 1과 같이 임의 선정된 두 음각부 사이의 내각인 θ1, θ2 및 θ3가 하기 조건을 만족하는 배치가 되도록 음각부를 제조하였다. 도 7의 (a) 내지 (f)는 각각 실시예 1-1 내지 1-7의 음각부의 배치를 개략적으로 도시한 것이다. 이때, 상기 음각부의 깊이(D2)는 17.5mm이고, 상기 연마층의 두께(D4)는 20mm이며, 상기 그루브의 깊이(d1)는 0.85mm이고, 상기 연마패드의 총 두께(D1)는 32mm였다.
| 음각부 배치 | |||
| cosθ1 | cosθ2 | cosθ3 | |
| 단위 | - | - | - |
| 실시예 1-1 | -0.5 | -0.5 | -0.5 |
| 실시예 1-2 | 0.71 | -0.5 | -0.97 |
| 실시예 1-3 | -0.5 | - | - |
| 실시예 1-4 | -1 | 0 | 0 |
| 실시예 1-5 | -0.5 | 0.5 | -1 |
| 실시예 1-6 | -1 | 0.87 | -0.87 |
II. 음각부 구조에 따른 특성
상기 제조예 1에서 제조된 패드에 대하여, 정반부착면 상에 3개의 음각부를 가공하되 이 중 임의 선정된 두 음각부 사이의 내각인 θ1, θ2 및 θ3에 대하여 각각의 cosθ1, cosθ2 및 cosθ3가 각각 -0.5를 만족하도록 가공하였다. 이때, 상기 음각부의 깊이(D2), 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1), 상기 쿠션층의 두께(D2) 및 상기 연마패드의 총 두께(D1)는 하기 표 1을 만족하도록 각각의 음각부를 가공하였다.
| D1 | D4 | d1 | D3 | D2 | |
| 단위 | mm | mm | mm | mm | mm |
| 실시예 2-1 | 32 | 20 | 0.85 | 12 | 17.5 |
| 실시예 2-2 | 34 | 20 | 0.84 | 14 | 19.5 |
| 실시예 2-3 | 36 | 20 | 0.86 | 16 | 21.5 |
| 실시예 2-4 | 38 | 20 | 0.83 | 18 | 23.5 |
| 실시예 2-5 | 32 | 20 | 0.85 | 12 | 10 |
| 실시예 2-6 | 34 | 20 | 0.84 | 14 | 12 |
| 실시예 2-7 | 36 | 20 | 0.86 | 16 | 14 |
<평가>
실험예 1: 연마패드 탈부착의 정확성 평가
상기 실시예 각각의 연마패드에 대하여, 각 음각부에 대응하는 상보 결합 구조를 갖는 양각부가 마련된 정반 상에 상기 연마패드를 부착 및 탈착하였고, 부착 및 탈착에 걸린 시간, 이를 위한 공구 등의 사용 여부 등을 기준으로, 탈부착의 용이성 및 정확성이 높은 정도에 따라 하기 기준의 등급을 매겨 평가하였다.
(1) 등급 1: 시간 10초 이하, 작업 용이성 上
(2) 등급 2: 시간 10초 내지 20초, 작업 용이성 中
(3) 등급 3: 시간 20초 초과, 작업 용이성 下
실험에 2: 연마율 및 연마평탄도 평가
상기 실시예 각각의 연마패드에 대하여, 직경 300mm의 실리콘 웨이퍼 상에 산화규소(SiO2)를 화학기상증착(CVD) 공정에 의해서 증착하였다. CMP 장비에 상기 연마패드를 부착하고, 실리콘 웨이퍼의 산화규소 층의 표면이 연마패드의 연마면을 향하도록 설치하였다. 상기 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리를 250mL/분의 속도로 공급하면서, 4.0psi의 하중으로 상기 실리콘 웨이퍼를 상기 연마면 상에 가압하고, 상기 연마패드 및 상기 실리콘 웨이퍼의 회전 속도를 각각 150rpm으로 하여 60초간 상기 산화규소 막을 연마하였다. 연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 증류수로 세정한 후 질소로 15초 동안 건조하였다.
건조된 실리콘 웨이퍼에 대해 광간섭식두께측정장치(SI-F80R, Kyence社)를 사용하여 연마 전후의 막 두께 변화를 측정하였다. 이후 하기 식 (1)을 사용하여 연마율을 계산하였고, 1분 연마 결과를 이용하여 하기 식 (2)를 통해 연마 평탄도(WIWNU: Within Wafer Non Uniformity)를 도출하였다. 이때, 총 5회 측정하여 수평균 값으로 나타내었다.
식 (1): 연마율(Å/min)=실리콘 웨이퍼의 연마 두께(Å)/연마시간(min)
식 (2): 연마평탄도(%)=연마된두께의 표준편차(Å)/평균연마두께(Å) X 100
실험예 3: 결함 방지 성능 평가
상기 연마율 및 연마평탄도의 평가를 위한 연마 공정과 동일하게 연마를 진행하고, 연마 대상의 연마된 표면을 육안 관찰하여 스크래치(scratch) 등의 결함의 개수를 도출하였다. 구체적으로, 연마 후 실리콘 웨이퍼를 클리너(Cleaner)로 이동시켜, 1% 불화수소(HF)와 정제수(DIW); 1% 질산(H2NO3)과 정제수(DIW)를 각각 사용하여 10초씩 세정하였다. 이후 스핀드라이어(spin dryer)로 이동시켜 정제수(DIW)로 세정한 후 질소(N2)로 15초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 디펙(Defect) 측정 장비(Tenkor社, XP+)를 사용하여 연마 전후 디펙(Defect) 변화를 육안 관찰하였다.
상기 실험예 1 내지 3의 결과는 하기 표 3에 기재한 바와 같다.
| 실험예 1 | 실험예 2 및 3 | |||
| 연마율 | 연마평탄도 | 결함 | ||
| 단위 | 등급 | Å/min | % | 개수 |
| 실시예 1-1 | 1 | 3014 | 1.8 | 3 |
| 실시예 1-2 | 1 | 3022 | 2.1 | 4 |
| 실시예 1-3 | 1 | 3019 | 2.9 | 6 |
| 실시예 1-4 | 3 | 3017 | 6.4 | 16 |
| 실시예 1-5 | 2 | 3030 | 7.2 | 14 |
| 실시예 1-6 | 2 | 3025 | 6.9 | 17 |
| 실시예 2-1 | 1 | 3053 | 3.1 | 4 |
| 실시예 2-2 | 1 | 3034 | 3.4 | 5 |
| 실시예 2-3 | 1 | 3041 | 3.3 | 4 |
| 실시예 2-4 | 1 | 3039 | 2.9 | 4 |
| 실시예 2-5 | 1 | 2987 | 8.1 | 23 |
| 실시예 2-6 | 1 | 3014 | 9.3 | 20 |
| 실시예 2-7 | 1 | 2999 | 8.7 | 25 |
상기 표 1 내지 표 3을 참조할 때, 상기 실시예 1-1 내지 1-6의 연마패드 및 상기 실시예 2-1 내지 2-7의 연마패드는 모두 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하고, 정반이 적어도 하나의 양각부를 포함하며, 상기 양각부와 음각부가 서로 상보 결합 구조를 갖는 연마시스템에 적용하는 연마패드로서, 소정의 연마율 및 연마평탄도를 구현하는 것을 확인할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 실시예 1-1 내지 1-3의 연마패드는 상기 실시예 1-4 내지 1-6의 연마패드와 비교할 때, 3개의 음각부 중에 임의의 2개의 음각부에 대하여 각각의 음각부의 중심으로부터 정반부착면 상의 상기 연마패드의 중심에 이르는 직선을 제1 직선 및 제2 직선이라 할 때, 상기 제1 직선 및 상기 제2 직선이 이루는 내각 θ가 -1 < cosθ < 1 범위를 만족하는 것으로서, cosθ= -1인 경우가 적어도 하나 포함된 상기 실시예 1-4 내지 1-6의 연마패드에 비하여 연마패드 탈부착의 정확성이 향상되는 것을 확인할 수 있다. 나아가, 상기 실시예 1-1 내지 1-3의 연마패드는 연마평탄도가 5% 미만인 반면, 상기 실시예 1-4 내지 1-6의 연마패드는 연마평탄도가 5%를 초과하는 것을 알 수 있고, 상기 실시예 1-1 내지 상기 실시예 1-3의 연마패드는 결함 개수가 10개 미만, 더 구체적으로, 6개 이하인 반면, 상기 실시예 1-4 내지 1-6의 연마패드는 결함 개수가 10개 초과인 것으로서, 연마평탄도 및 결함 측면에서도 상기 실시예 1-1 내지 1-3의 연마패드의 성능이 더 우수함을 확인할 수 있다.
한편, 상기 실시예 2-1 내지 2-4의 연마패드는 상기 실시예 2-5 내지 2-7의 연마패드와 비교할 때, 상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)가 D3 < D2 < D1의 관계를 만족하고, 나아가 상기 식 3의 상관 관계도 만족하는 패드로서, 연마평탄도가 4% 미만으로서 매우 우수하고, 결함도 5개 이하로서 매우 우수한 반면, 상기 실시예 2-5 내지 2-7는 상기 식 2 및/또는 식 3의 상관 관계를 만족하지 못하는 연마패드로서, 연마평탄도가 5%를 초과하고, 결함도 20개 이상으로 나타나는 바, 연마 성능이 열등함을 확인할 수 있다.
일 구현예에 따른 상기 연마패드는 상기 음각부 및 상기 양각부의 상보 결합 구조를 통하여 연마패드와 정반 사이의 정확한 부착 및 용이한 탈착이 가능한 이점이 있으며, 이를 통해 정반의 손상 및 변형을 방지하여 시스템 수명(life time)이 장기화되면서도, 공정 시간 단축 등을 통하여 연마 효율이 크게 향상됨에 따라 연마율, 연마평탄도 및 결함 방지 측면에서 결과적으로 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다. 나아가, 복수의 상기 음각부 사이의 상대적인 위치와 관련된 상기 식 1과 상기 음각부의 깊이와 관련된 상기 식 2 및 식 3 등이 만족되는 경우, 이러한 기술적 이점이 더욱 극대화되어 우수한 연마 성능을 구현할 수 있다.
200: 연마시스템
110: 연마패드
111: 음각부
101: 제1 음각부
102: 제2 음각부
120: 정반
121: 양각부
130: 반도체 기판
140: 공급 노즐
150: 연마 슬러리
160: 연마헤드
170: 컨디셔너
11: 연마면
12: 정반부착면
L1: 제1직선
L2: 제2직선
D1: 연마패드의 두께
D2: 음각부의 깊이
D3: 쿠션층의 두께
10: 연마층
20: 쿠션층
30: 제1 접착층
40: 제2 접착층
112: 그루브
d1: 그루브의 깊이
w1: 그루브의 폭
p1: 그루브의 피치
110: 연마패드
111: 음각부
101: 제1 음각부
102: 제2 음각부
120: 정반
121: 양각부
130: 반도체 기판
140: 공급 노즐
150: 연마 슬러리
160: 연마헤드
170: 컨디셔너
11: 연마면
12: 정반부착면
L1: 제1직선
L2: 제2직선
D1: 연마패드의 두께
D2: 음각부의 깊이
D3: 쿠션층의 두께
10: 연마층
20: 쿠션층
30: 제1 접착층
40: 제2 접착층
112: 그루브
d1: 그루브의 깊이
w1: 그루브의 폭
p1: 그루브의 피치
Claims (13)
- 상부에 연마패드가 장착되는 정반; 및
상기 정반 상에 장착되는 연마패드를 포함하고,
상기 연마패드는 연마면 및 상기 연마면의 이면인 정반부착면을 포함하고,
상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하며,
상기 정반은 적어도 하나의 양각부를 포함하고,
상기 양각부와 상기 음각부는 서로 상보 결합 구조인,
연마 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 정반부착면이 적어도 2개의 음각부를 포함하며,
상기 적어도 2개의 음각부 중에서 임의의 제1 음각부와 제2 음각부에 대하여, 각각의 중심으로부터 상기 정반부착면 상의 상기 연마패드의 중심에 이르는 직선을 제1 직선 및 제2 직선이라 할 때, 상기 제1 직선 및 상기 제2 직선이 이루는 내각 θ 는 하기 식 1을 만족하는,
연마 시스템:
[식 1]
-1 << 1
- 제1항에 있어서,
상기 연마패드는,
상기 연마면을 포함하는 연마층; 및
상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고,
상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 2의 상관 관계를 만족하는,
연마 시스템:
[식 2]
- 제1항에 있어서,
상기 연마패드는,
상기 연마면을 포함하는 연마층; 및
상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고,
상기 연마면이 상기 연마층의 두께보다 작은 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브를 포함하며,
상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 3의 상관 관계를 만족하는,
연마 시스템:
[식 3]
<
<
- 제1항에 있어서,
상기 정반부착면이 중심영역 및 말단영역을 포함하고,
상기 말단영역은 상기 정반부착면의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심으로 향하는 직선 거리가 제1 직선거리(R1)에 해당하는 영역이며,
상기 정반부착면의 가장자리로부터 상기 연마패드의 중심까지의 직선 거리가 제2 직선거리(R2)일 때,
상기 제1 직선거리(R1) 대 상기 제2 직선거리(R2)의 비율이 0.2 : 1 내지 0.5 : 1이고,
상기 음각부는 상기 말단영역에 위치하는,
연마 시스템. - 연마면 및 상기 연마면의 이면에 정반부착면을 포함하고,
상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하며,
상기 음각부는 상기 정반부착면을 통하여 장착될 정반 상의 양각부와 상보 결합 구조를 갖는,
연마패드. - 제6항에 있어서,
상기 연마면을 포함하는 연마층; 및
상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고,
상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 쿠션층의 두께(D3) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 2의 상관 관계를 만족하는,
연마패드:
[식 2]
- 제6항에 있어서,
상기 연마면을 포함하는 연마층; 및
상기 정반부착면을 포함하는 쿠션층을 포함하고,
상기 연마면이 상기 연마층의 두께보다 작은 깊이를 갖는 적어도 하나의 그루브를 포함하며,
상기 음각부의 깊이(D2)는 상기 연마층의 두께(D4), 상기 그루브의 깊이(d1) 및 상기 연마패드의 두께(D1)와 하기 식 3의 상관 관계를 만족하는,
연마 패드:
[식 3]
<
<
- 제7항 또는 제8항에 있어서,
상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물의 경화물을 포함하고, 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 5중량% 내지 11중량%인,
연마패드. - 제8항에 있어서,
상기 연마면이 상기 그루브를 2 이상 포함하고,
상기 그루브는 그 깊이가 100㎛ 내지 1500㎛이며,
그 폭이 100㎛ 내지 1000㎛이고,
인접한 두 그루브 사이의 피치(pitch)가 2mm 내지 70mm인,
연마패드. - 연마면 및 상기 연마면의 이면에 정반부착면을 포함하는 연마패드를 정반 상에 결합시키는 단계; 및
상기 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마 대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고,
상기 연마 대상이 반도체 기판을 포함하며,
상기 정반부착면이 적어도 하나의 음각부를 포함하고,
상기 정반이 적어도 하나의 양각부를 포함하며,
상기 연마패드를 상기 정반 상에 결합시키는 단계에서, 상기 양각부와 상기 음각부가 서로 맞물리도록 결합시키는,
반도체 소자의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 연마 대상의 피연마면이 상기 연마층의 연마면에 가압되는 하중이 0.01psi 내지 20psi인,
반도체 소자의 제조방법. - 제11항에 있어서,
상기 연마패드 및 상기 연마 대상의 회전 속도는 각각 10rpm 내지 500rpm인,
반도체 소자의 제조방법.
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