KR20240034874A - 연마 패드 - Google Patents

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KR20240034874A
KR20240034874A KR1020247007140A KR20247007140A KR20240034874A KR 20240034874 A KR20240034874 A KR 20240034874A KR 1020247007140 A KR1020247007140 A KR 1020247007140A KR 20247007140 A KR20247007140 A KR 20247007140A KR 20240034874 A KR20240034874 A KR 20240034874A
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polishing
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grooves
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polishing pad
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KR1020247007140A
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아즈사 스나야마
미츠루 가토
미노리 다케고시
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주식회사 쿠라레
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Abstract

원형의 연마면을 가지는 연마층을 구비하고, 연마면의 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 형성된, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상으로 배치된 복수의 환 형상 홈으로 이루어지는 동심원 형상 홈과, 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 선분 형상 홈으로 이루어지는 방사 홈을 구비하는 연마 패드이다. 그리고, 선분 형상 홈은, 방사 홈 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 5~10%의 거리의 영역에 제 1 단부를 가지고, 방사 홈 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 35~70%의 거리의 영역에 제 2 단부를 가지고, 선분 형상 홈이, 연마면의 반경에 대하여 30~65%의 비율의 평균 길이를 가진다. 그리고, 선분 형상 홈의 단면적(Sa)(㎜2)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 단면적(Sb)(㎜2)이, 0.1≤Sb/Sa<1.0을 충족시킨다.

Description

연마 패드
본 발명은, 화학 기계 연마(CMP)에 바람직하게 이용되는 연마 패드에 관한 것이다.
종래, 반도체나 실리콘 웨이퍼 등의 기판 재료나, 하드 디스크, 액정 디스플레이, 렌즈의 재료인 유리를, 경면(鏡面) 가공하거나, 반도체 디바이스의 제조 공정에 있어서의 절연막이나 금속막에 의한 요철을 평탄화하거나 하기 위해, 연마 패드의 연마면에 연마 슬러리(이하, 단순히 슬러리라고도 칭함)를 적하하면서, 피연마재를 연마 패드에 눌러 연마하는 화학 기계 연마(CMP)가 이용되고 있다.
CMP용의 연마 패드에는, 연마면에 골고루 슬러리를 보지(保持)시키거나, 연마 찌꺼기를 배출시키거나, 피연마재의 흡착에 의한 파손을 방지하거나 하는 것을 목적으로 하여, 나선 형상 홈, 동심원(同心圓) 형상 홈, 격자 형상 홈, 방사(放射) 홈 등의, 홈이 형성되어 있다.
예를 들면, 하기 특허 문헌 1은, 연마 시에 웨이퍼의 중앙부가 접하는 부분에 중앙으로부터 외주를 향하는 복수의 방사 홈이 형성되어 있음과 함께, 적어도 웨이퍼의 주변부가 접하는 부분에 연마 패드와 동심의 복수의 원형 홈이 형성되어 있는 반도체 웨이퍼의 연마 패드를 개시한다. 그리고, 방사 홈이 형성된 부분의 폭이 웨이퍼의 직경의 대략 1/2인 것을 개시한다.
또한, 예를 들면, 하기 특허 문헌 2는, 연마층의 연마측 표면에는, 방사 홈과 동심원 형상 홈이, 중심을 공유하고 또한 서로 교차하도록 개구되어 있으며, 방사 홈과 동심원 형상 홈과의 교차 부분이 방사 홈에 속하는 것이라고 한 경우, 방사 홈과 동심원 형상 홈이, 조건 (A) 방사 홈의 면적(s1)과 동심원 형상 홈의 면적(s2)과의 합(s1+s2)에서 차지하는, 방사 홈의 면적(s1)의 비율이, 8~17%인, 및, 조건 (B) 연마측 표면의 면적(S)에서 차지하는, 방사 홈의 면적(s1)과 동심원 형상 홈의 면적(s2)과의 합(s1+s2)의 비율이 18~25%인 것을 충족시키는 연마 패드를 개시한다.
또한, 예를 들면, 하기 특허 문헌 3은, 중심, 주연, 중심에서부터 주연까지 연장되는 반경 및 중심을 포위하고, 반경과 교차하는 연마 트랙을 포함하는 연마층과, 반경과 교차하는 복수의 공급 홈(δ)으로서, 피연마재를 평탄화하기 위한 랜드 에어리어를 공급 홈(δ)의 사이에 가지는 연마 패드를 개시한다. 그리고, 연마 패드는, 평균 공급 단면적(δa)을 가지는 복수의 공급 홈(δ)과, 연마 유체가 복수의 공급 홈(δ)으로부터 적어도 하나의 반경 방향 배류(排流) 홈(ρ)으로 흐르는 것을 허용하기 위한, 복수의 공급 홈(δ)과 교차하는, 연마층 중 적어도 하나의 반경 방향 배류 홈(ρ)을 포함한다. 그리고, 연마 패드는, 반경 방향 배류 홈(ρ)이 평균 배류 단면적(ρa)을 가지고, 반경 방향 배류 홈의 평균 배류 단면적(ρa)이, 2×δa≤ρa≤8×δa, (0.15)nf×δa≤nr×ρa≤(0.35)nf×δa(식 중, (nr)은 반경 방향 홈의 수를 나타내고, (nf)는 공급 홈의 수를 나타냄)에 따라 평균 공급 단면적(δa)보다 크고, 반경 방향 배류 홈(ρ)이 연마 트랙을 통과하여 연장되어, 연마 패드의 회전 중, 연마 찌꺼기를, 반도체 기재, 광학 기재 및 자성 기재의 적어도 하나의 아래에서, 연마 트랙에 통과시키고, 연마 트랙을 넘어가게 하여 연마 패드의 주연으로 제거하는 것을 촉진하는 연마 패드를 개시한다.
또한, 예를 들면, 하기 특허 문헌 4는, 연마층의, 중앙의 회전 중심, 회전 중심과의 간격을 가지는 배치의 중심을 가지는 중앙 트랙과; 중앙을 동심원 형상의 중심으로 하여 복수의 환(環) 형상 홈이 배열된 환 형상 홈과; 반경 방향으로 뻗어 연장되는 홈을 구비하고, 중앙 트랙에 복수의 크로스 포인트가 마련되어 있는 연마 패드를 개시한다.
또한, 예를 들면, 하기 특허 문헌 5는, 연마층의 중심까지 연장되어 있지 않은, 반경 방향으로 연장되는 홈과 환 형상 홈이 동시에 존재하는 제 1 영역과, 환 형상 홈만이 존재하는 제 2 영역을 형성하고, 제 1 영역의 반경이, 연마 패드의 반경의 30~70%인 연마 패드를 개시한다.
일본공개특허 특개2000-237950호 공보 일본공개특허 특개2011-177884호 공보 일본공개특허 특개2017-208530호 공보 TW M459065U1호 공보 TW I548484호 공보
CMP에 있어서는, 보다 높은 연마 속도를 실현하는 연마 패드가 요구되고 있다. 본 발명은, CMP가 높은 연마 속도를 실현하기 위한 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일국면은, 원형의 연마면을 가지는 연마층을 포함하는 연마 패드이다. 그리고, 연마면은, 연마면의 중심으로부터 반경에 대하여, 0~10%의 범위인 중앙 영역과, 90~100%의 범위인 주연 영역을 구비하고, 연마층은, 중앙 영역에서부터 주연 영역에까지 걸쳐 배치된, 적어도 1조(條)의 나선 형상 홈 또는 동심원 형상으로 배치된 복수의 환 형상 홈으로 이루어지는 동심원 형상 홈을 구비하고, 추가로 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 적어도 2개의 선분 형상 홈으로 이루어지는 방사 홈을 구비한다. 그리고, 나선 형상 홈의 중심, 동심원 형상 홈의 중심, 및 방사 홈의 중심은, 중앙 영역에 존재하고, 선분 형상 홈은, 연마면의 반경에 대하여 30~65%의 비율의 평균 길이를 가지고, 또한, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여, 5~10%의 거리의 영역에 제 1 단부를, 35~70%의 거리의 영역에 제 2 단부를 가진다. 그리고, 선분 형상 홈의 길이 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균인 단면적(Sa)(mm2)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 접선 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균인 단면적(Sb)(mm2)이, 0.1≤Sb/Sa<1.0을 충족시키는, 연마 패드이다.
여기서, 연마면이란, 피연마재에 접촉하는, 연마층의 표면을 의미한다. 또한, 중앙 영역이란, 예를 들면, 도 7을 참조하면, 원형의 연마면의 중심(G)으로부터 반경에 대하여, 0~10%의 범위의 도트로 나타난 영역인 원형의 영역(R1)을 의미한다. 또한, 주연 영역이란, 원형의 연마면의 중심으로부터 반경에 대하여, 90~100%의 범위의 영역, 상세하게는, 반경에 대하여 90~100%의 원형의 주연을 따른 도트로 나타난 띠 형상의 영역(R2)을 의미한다.
또한, 선분 형상 홈이란, 선 형상의 홈이, 연마면의 주연에까지 도달하고 있지 않고, 연마면의 면 내에 양단을 가지는 것을 의미한다. 또한, 나선 형상 홈은, 연마면 내의 중앙 영역에 나선 중심을 가지는 적어도 1조의 나선 형상의 홈이다. 또한, 동심원 형상 홈은, 연마면 내의 중앙 영역에 공통되는 중심을 가지는 동심원 형상으로 배치된 복수의 환 형상 홈으로 이루어지는 홈이다. 또한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈이 중앙 영역에서부터 주연 영역에까지 걸쳐 배치되어 있다란, 적어도 1조의 나선 형상 홈 또는 동심원 형상으로 배치된 복수의 환 형상 홈이, 연마면의 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 골고루 형성되어 있는 것을 의미한다. 구체적으로는, 동심원 형상 홈의 경우에는, 중심으로부터 가장 가까운 홈이 중앙 영역을 통과하고, 최외주의 홈이 주연 영역을 통과하고 있는 것을 의미한다. 또한, 나선 형상 홈의 경우에는, 나선 형상 홈의 시점(始點)이 중앙 영역에 존재하고, 나선 형상 홈의 종점이 주연 영역에 존재하는 것을 의미한다. 또한, 연마 영역이란, 연마면 중의, 실리콘 웨이퍼 등인 피연마재의 피연마면에 접촉하는, 피연마재를 연마하는 영역을 의미한다.
이와 같은 연마 패드에 있어서는, 복수의 선분 형상 홈이, 연마면에 적하되어 중앙 영역 부근에 쌓인 슬러리를 연마면의 주연으로부터 계외로 누출시키는 것을 억제하면서, 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 형성된 나선 형상 홈이나 동심원 형상 홈으로 슬러리를 적절하게 공급한다. 그 결과, 연마 영역에 슬러리가 효율적으로 공급됨으로써, 높은 연마 속도가 실현된다.
또한, 연마 패드는, 0.25≤Sb/Sa≤0.85, 나아가서는, 0.44≤Sb/Sa≤0.80을 충족시키는 것이, 보다 높은 연마 속도가 얻어지고, 또한, 피연마재의 피연마면 내에 있어서의 연마 균일성이 우수한 점에서 바람직하다.
또한, 연마 패드는, 선분 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wa)(mm)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(mm)이, 0.1≤Wb/Wa<1.0을 충족시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 슬러리가 연마 영역에 보다 골고루 보지되기 때문에, 보다 높은 연마 속도가 실현된다.
또한, 연마 패드는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(mm)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 평균 홈 피치(P)(mm), 0.02≤Wb/P≤0.25를 충족시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 피연마재에 접촉하는 랜드 에어리어의 면적을 충분히 확보할 수 있음과 함께, 충분한 양의 슬러리를 랜드 에어리어에 공급할 수 있기 때문에, 보다 높은 연마 속도가 실현된다. 또한, 홈 피치(P)는, 나선 형상 홈을 가지는 경우에는 인접하는 각 나선 주회(周回), 동심원 형상 홈을 가지는 경우에는 인접하는 각 환 형상 홈에 있어서의, 홈의 간격과 홈 폭과의 합계의 평균을 의미한다.
또한, 연마 패드는, 선분 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wa)(mm)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(mm)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 평균 홈 피치(P)(mm), 0.2≤{Wb2/(P×Wa)}×100≤25를 충족시키는 것이 바람직하다. 이와 같은 경우에는, 슬러리를 연마 영역으로 빠르게 공급하고, 연마면과 피연마재의 피연마면과의 사이에 슬러리를 충분히 보지시킴으로써, 보다 높은 연마 속도가 실현된다.
또한, 연마 패드에 있어서는, 연마층이 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 것이, 저스크래치성이 우수하고, 성형도 용이한 점에서 바람직하다. 또한, 연마층이 비발포체인 것이, 연마 속도의 안정성이 우수하고, 성형도 용이한 점에서 바람직하다.
본 발명에 의하면, CMP의 연마 속도의 고속화를 용이하게 실현할 수 있는 연마 패드가 얻어진다.
도 1은, 실시 형태의 나선 형상 홈을 가지는 연마 패드(10)의 연마층(1)의 연마면의 측의 평면 모식도이다.
도 2는, 실시 형태의 동심원 형상 홈을 가지는 연마 패드(20)의 연마층(11)의 연마면의 측의 평면 모식도이다.
도 3a는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의, 접선 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 모식도이다.
도 3b는, 홈의 코너부를 챔퍼링하여 형성되는 사면(斜面)의 각도를 설명하기 위한, 홈의 단면의 모식도이다.
도 3c는, 역사다리꼴의 단면을 가지는 홈의 사면의 각도를 설명하기 위한, 홈의 단면의 모식도이다.
도 4는, 선분 형상 홈의, 길이 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 모식도이다.
도 5는, 연마 패드(10) 또는 연마 패드(20)의 두께 방향의 단면의 부분 단면 모식도이다.
도 6은, CMP를 설명하기 위한 설명도이다.
도 7은, 연마면에 있어서의 중앙 영역 및 주연 영역을 설명하기 위한 설명도이다.
본 실시 형태의 연마 패드에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은, 본 실시 형태의 연마 패드의 일례인, 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 형성된, 1조의 나선 형상 홈(H)과, 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 8개의 선분 형상 홈(S1~S8)으로 이루어지는 방사 홈을 구비한, 원형의 연마면을 가지는 연마층(1)을 포함하는, 연마 패드(10)의, 연마면의 평면 모식도이다.
또한, 도 2는, 본 실시 형태의 연마 패드의 다른 일례인, 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 형성된, 동심원 형상으로 배치된 11개의 환 형상 홈(C1~C11)과, 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 8개의 선분 형상 홈(S1~S8)으로 이루어지는 방사 홈을 구비한, 원형의 연마면을 가지는 연마층(11)을 포함하는 연마 패드(20)의, 연마면의 평면 모식도이다.
도 7은, 연마 패드(10)에 있어서의 중앙 영역(R1) 및 주연 영역(R2)을 설명하기 위한 설명도이다. 도 7에 나타낸, 연마 패드(10)에 있어서는, 원형의 연마면의 중심(G)으로부터 반경에 대하여, 0~10%의 범위인 도트로 나타난 원형의 영역이 중앙 영역(R1)이며, 연마면의 중심으로부터 반경에 대하여, 90~100%의 범위인 영역, 상세하게는, 반경에 대하여 90~100%의 원형의 주연을 따른 띠 형상의 도트로 나타난 영역이 주연 영역(R2)이다.
도 5는, 연마 패드(10) 또는 연마 패드(20)의 층 구성을 설명하기 위한, 두께 방향의 단면의 부분 단면 모식도이다. 연마 패드(10) 또는 연마 패드(20)는, 연마층(1, 11)의 연마면(F)의 반대면에 접착층(6)을 개재하여 쿠션층(7)이 접착되어 있는 적층 구조를 가진다. 또한, 본 실시 형태의 연마 패드는, 이와 같은 적층 구조를 가지는 연마 패드에 한정되지 않고, 연마면을 가지는 연마층만으로 이루어지는 단층의 연마 패드여도 된다.
도 1을 참조하면, 연마 패드(10)에 있어서는, 연마층(1)의 연마면은 원형이다. 그리고, 그 연마면에는, 중앙 영역에 포함되는 연마면의 중심(G)을 나선 중심으로 하여, 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 배치된 1조의 나선 형상 홈(H)이 형성되어 있다. 또한, 중심(G)을 방사 중심으로 하여, 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 8개의 선분 형상 홈(S1~S8)으로 이루어지는 방사 홈이 형성되어 있다. 이와 같이, 연마 패드(10)에 있어서는, 나선 형상 홈(H)과 방사 홈은, 중심을 공유하고 있다.
또한, 도 2를 참조하면, 연마 패드(20)에 있어서는, 연마층(11)의 연마면은 원형이다. 그리고, 연마면에는, 중앙 영역에 포함되는 연마면의 중심(G)을 공통의 중심으로 하여, 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 배치된 환 형상의 동심원 형상의 11개의 환 형상 홈(C1~C11)이 형성되어 있다. 또한, 중심(G)을 방사 중심으로 하여, 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 8개의 선분 형상 홈(S1~S8)으로 이루어지는 방사 홈이 형성되어 있다. 이와 같이, 연마 패드(20)에 있어서는, 환 형상 홈(C1~C11)과 방사 홈은, 중심을 공유하고 있다.
연마 패드(10) 및 연마 패드(20)에 있어서는, 회전 중심이 되는 원형의 연마면의 중심(G)과 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 중심과 방사 홈의 중심이 일치하고 있다. 이와 같은 경우에는, 슬러리의 흐름 방향이 보다 균일해지기 쉬워진다. 또한, 본 실시 형태의 연마 패드는, 연마면의 중심과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 중심 또는 방사 홈의 중심이 일치하고 있지 않은, 편심하고 있는 나선 형상 홈, 동심원 형상 홈, 또는 방사 홈을 가지고 있어도 된다. 편심하고 있는 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈을 가지는 경우에는, 각 홈을 따라 지나치게 연마됨으로써 발생하는, 웨이퍼 등의 피연마재의 피연마면으로의 각 홈의 형상의 전사를 억제하기 쉬운 점에서 바람직하다.
원형의 연마면의 직경은, CMP에 이용되는 일반적인 원형의 연마 패드의 연마면의 직경이 채용되고, 예를 들면, 500~780㎜ 정도인 것이 바람직하다. 따라서, 원형의 연마면의 반경은, 예를 들면, 250~390㎜ 정도인 것이 바람직하다.
연마 패드(10) 또는 연마 패드(20)에 있어서는, 선분 형상 홈(S1~S8), 및, 나선 형상 홈(H) 또는 동심원 형상의 환 형상 홈(C1~C11)이 형성되어 있지 않은 부분이, 피연마재의 피연마면에 접촉하여 연마되는 랜드 에어리어가 된다. 연마 패드(10)와 연마 패드(20)는, 나선 형상 홈(H)과, 동심원 형상의 환 형상 홈(C1~C11)이, 상이한 것 이외는, 마찬가지의 연마 패드이다. 또한, 도 1에 나타낸 연마 패드(10)에는 나선 형상 홈(H)이 형성되어 있으며, 도 2에 나타낸 연마 패드(10)에는 동심원 형상의 환 형상 홈(C1~C11)이 형성되어 있다. 본 실시 형태의 연마 패드에 있어서는, 나선 형상 홈 및 동심원 형상의 환 형상 홈을 조합한 홈을 형성해도 된다.
이와 같이 본 실시 형태의 연마 패드는, 연마면의 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 형성된 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈을 구비한다.
이와 같이, 연마면의 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 형성된 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈은, 나선 중심 또는 동심원의 중심으로부터 적어도 연마면의 반경 5~90%의 영역에 걸쳐 형성되어 있는 것이 바람직하고, 나아가서는 4.5~95%의 영역, 특히 4~100%의 영역의 범위에 걸쳐 형성되어 있는 것이 바람직하다.
도 1을 참조하면, 연마 패드(10)에 있어서는, 연마층(1)의 연마면의 중앙 영역에 포함되는 중심(G)에 일치하는 나선 중심으로부터 적어도 연마면의 반경 5~90%에 걸친 영역에 균등한 홈 피치를 가지는 선회수 10의 나선 형상 홈(H)이 형성되어 있다. 또한, 홈 피치가 균등한 나선은, 아르키메데스 나선이라고도 칭해진다. 그리고, 나선 형상 홈(H)의 선회수 1~선회수 6의 홈이 선분 형상 홈(S1~S8)과 교차하여, 41개소의 교차 부분을 형성하고 있다.
이와 같이 나선 형상 홈이 형성된 연마층에 있어서는, 시점이, 연마면의 중심으로부터 반경 5% 이하, 나아가서는 반경 4.5% 이하, 특히는 반경 4% 이하의 영역에 있는 것이 바람직하고, 종점이 반경 90% 이상, 나아가서는 반경 95% 이상, 특히는 반경 100%의 주연에까지 도달하고 있는 것이 바람직하다. 이와 같이 나선 형상 홈이 연마면의 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 대략 전체 영역에 형성되어 있음으로써, 연마 영역에 슬러리를 골고루 널리 퍼지게 할 수 있다.
나선 형상 홈은 1조의 나선 형상 홈이어도, 복수의 나선 형상 홈을 병렬시킨 2조 이상의 나선 형상 홈으로 이루어지는 것이어도 된다. 구체적으로는, 나선 형상 홈이 병렬하는 홈의 수는, 1~16조, 나아가서는, 1~10조인 것이 바람직하다.
또한, 도 2를 참조하면, 연마 패드(20)에 있어서는, 연마층(11)의 연마면의 중앙 영역에 포함되는 중심(G)에 일치하는 동심원의 중심으로부터 적어도 연마면의 반경 5~90%에 걸친 영역에 균등한 홈 피치를 가지는 동심원 형상의 환 형상 홈(C1~C11)이 형성되어 있다. 그리고, 환 형상 홈(C1~C11) 중, 환 형상 홈(C2~C6)이 선분 형상 홈(S1~S8)과 교차하여, 40개소의 교차 부분을 형성하고 있다.
이와 같이 동심원 형상 홈이 형성된 연마층에 있어서는, 연마면의 중심으로부터 반경 5% 이하, 나아가서는 반경 4.5% 이하, 특히는, 반경 4% 이하의 영역을 연마면의 중심으로부터 가장 가까운 환 형상 홈이 통과하고, 반경 90% 이상, 나아가서는 반경 95% 이상의 영역을 최외주의 홈이 통과하는, 동심원 형상 홈이 형성되어 있는 것이 바람직하다.
나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈이 인접하는 각 홈의 간격인 홈 피치는 특별히 한정되지 않지만, 도 3a를 참조하면, 인접하는 홈의 간격의 평균인 홈 피치(P)(㎜)가, 1~15㎜, 나아가서는 2~12㎜, 특히는 2~10㎜인 것이 바람직하다. 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 홈 피치(P)가 너무 큰 경우에는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈으로부터 랜드 에어리어에 공급되는 슬러리가 부족되기 쉬워진다. 또한, 홈 피치(P)가 지나치게 작은 경우에는, 랜드 에어리어의 비율이 지나치게 낮아져 연마 속도가 낮아지는 경향이 있다.
나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 단면 형상은 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 접선 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 형상은, 장방형, 정방형, 사다리꼴, 역사다리꼴 등의 사각 형상, 삼각 형상, 반원 형상, 반장원(半長圓) 형상 등이 특별히 한정없이 이용된다. 이들 중에서는, 사각 형상이 가공성과 슬러리의 보지성과 공급 안정성이 우수한 점에서 바람직하다.
또한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈은, 연마 중의 버의 발생을 억제하기 위해, 홈이 개구를 향해 역테이퍼가 되도록 경사진 단면을 가지고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 연마면에 위치하는 사각 형상의 홈을 형성하는 2개의 코너가 소정의 각도(α)로 경사지도록 챔퍼링된 테이퍼부를 가지는 소위 Y자 형상이거나, 도 3c에 나타내는 바와 같이, 밑각을 형성하는 2개의 코너에 대하여 사변(斜邊)이 소정의 각도(α)로 경사지도록 형성된 역사다리꼴의 단면이거나 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경사의 각도는 특별히 한정되지 않지만, 20도~90도 미만, 나아가서는, 25~80도, 특히는 30~75도인 것이 바람직하다. 특히, 각도가 30~80도인 경우에는, 연마 중에 홈의 코너부에 발생하기 쉬운 버의 발생이 억제되기 쉬워짐으로써, 연마 속도의 저하나 연마 균일성의 저하가 억제되기 쉬워진다.
또한, 도 3a를 참조하면, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭은, 각 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(㎜)이, 0.1~4㎜, 나아가서는 0.2~2㎜인 것이, 연마 속도나 연마 균일성이 특히 우수한 점에서 바람직하다. 또한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭은, 환 형상 홈 또는 나선 형상 홈의 접선 방향에 대하여 수직인 방향으로 절단하였을 때의 단면 형상에 있어서, 다음과 같이 정의된다. 단면 형상이, 장방형 또는 정방형인 경우, 연마면에 있어서의 폭으로 정의된다. 또한, 사다리꼴 또는 반대사다리꼴의 경우에는, 아랫변의 평균의 폭으로 정의된다. 또한, Y자 형상과 같이, 챔퍼링된 테이퍼부가 형성되어 있는 경우에는, 연마면에 있어서의, 테이퍼부가 형성되어 있지 않다고 가정하였을 때의 홈 단면의 폭으로 정의된다. 또한, 삼각 형상, 반원 형상, 반장원 형상의 경우에는, 깊이의 1/2의 위치의 폭으로 정의된다.
또한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 깊이는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 최심부의 깊이의 평균이, 0.3~3.0㎜, 나아가서는, 0.5~2.5㎜ 정도인 것이, 연마 영역에 슬러리를 충분히 구석구석까지 미치게 하기 위한 공급성을 확보하고, 또한, 연마 패드의 변형을 억제하여 연마 성능을 안정화시키는 점에서 바람직하다. 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈이 지나치게 깊은 경우에는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 용적이 커지기 쉽고, 연마 시에 슬러리를 연마 영역에 충분히 널리 퍼지게 하기 위해 보다 많은 슬러리를 공급할 필요가 있어, 비용적으로 바람직하지 않은 경우가 있다. 또한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈이 지나치게 얕은 경우에는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 용적이 작아지기 쉽고, 연마 시에 연마 영역에 있어서의 슬러리의 유지량이 저하되어, 연마 영역의 랜드 에어리어에 공급되는 슬러리의 양이 적어져 연마 속도가 저하되기 쉬워지는 경향이 있다.
또한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 단면적은, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 접선 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균인 단면적(Sb)(㎜2)이, 0.2~4.5㎜2, 나아가서는, 0.3~4.0㎜2인 것이 연마 영역으로의 슬러리의 공급량을 충분히 확보할 수 있는 점에서 바람직하다. 단면적(Sb)이 너무 큰 경우에는, 연마 영역에 슬러리를 충분히 널리 퍼지게 하기 위해 보다 많은 슬러리를 적하할 필요가 있어, 비용적으로 바람직하지 않은 경우가 있다. 또한, 단면적(Sb)이 지나치게 작은 경우에는, 연마 영역에 공급되는 슬러리의 양이 적어져 연마 속도가 저하되는 경향이 있다. 또한, 단면적의 평균도, 각 홈의 단면적의 평균이다.
또한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 홈 피치(P), 홈 폭(Wb), 깊이, 및 단면적(Sb) 등은, 브레이크 인의 처리 전의 미사용의 연마 패드를 기준으로 한다.
또한, 본 실시 형태의 연마 패드는, 상기 서술한 바와 같이, 연마면의 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 적어도 2개의 선분 형상 홈으로 이루어지는 방사 홈을 구비한다. 그리고, 각 선분 형상 홈은, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 5~10%의 거리의 영역에 제 1 단부를 가진다. 또한, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 35~70%의 거리의 영역에 제 2 단부를 가진다. 여기서 방사 홈의 중심이란, 모든 선분 형상 홈의 제 1 단부의 중심의 위치를 의미한다. 그리고, 선분 형상 홈의 길이의 비율이 연마면의 반경에 대하여 30~65%의 비율의 평균 길이를 가진다. 이와 같은 선분 형상 홈은, 연마면 내에 있어서, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈과의 교차 부분을 형성한다.
또한, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 5%의 거리란, 방사 홈의 중심으로부터, 연마면의 반경에 대한 5%의 길이 분의 거리이다. 마찬가지로, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 10%의 거리란, 방사 홈의 중심으로부터, 연마면의 반경에 대한 10%의 길이 분의 거리이다.
도 1을 참조하면, 연마 패드(10)에 있어서는, 연마면에 형성된, 선분 형상 홈(S1~S8)이, 나선 형상 홈(H)의 중심에 일치하는 방사 홈의 중심(G)으로부터 연마면의 반경에 대하여 5~10%의 거리의 영역에 제 1 단부(E1)를 가진다. 또한, 나선 형상 홈(H)의 중심에 일치하는 방사 홈의 중심(G)으로부터 연마면의 반경에 대하여 35~70%의 거리의 영역에 제 2 단부(E2)를 가진다. 그리고, 선분 형상 홈(S1~S8)이 연마면의 반경에 대하여 30~65%의 비율의 평균 길이를 가진다. 또한, 도 2를 참조하면, 연마 패드(20)에 있어서도, 연마면에 형성된, 선분 형상 홈(S1~S8)이, 동심원 형상의 환 형상 홈(C1~C11)의 중심에 일치하는 방사 홈의 중심(G)으로부터 연마면의 반경에 대하여 5~10%의 거리의 영역에 제 1 단부(E1)를 가진다. 또한, 동심원 형상 홈의 중심에 일치하는 방사 홈의 중심(G)으로부터 연마면의 반경에 대하여 35~70%의 거리의 영역에 제 2 단부(E2)를 가진다. 그리고, 선분 형상 홈(S1~S8)이 연마면의 반경에 대하여 30~65%의 비율의 평균 길이를 가진다.
즉, 본 실시 형태의 연마 패드(10) 또는 연마 패드(20)에 있어서는, 8개의 선분 형상 홈(S1~S8)의 각 홈이, 방사 홈의 중심(G)으로부터 연마면의 반경 약 7%의 위치를 나타내는 가상원(K1)을 따라 제 1 단부(E1)가 배치되어 있으며, 방사 홈의 중심(G)으로부터 연마면의 반경 약 52.5%의 위치를 나타내는 가상원(K2)을 따라 제 2 단부(E2)가 배치되어 있다. 그리고, 8개의 선분 형상 홈(S1~S8)은, 연마면의 반경에 대하여 약 45.5%의 비율의 평균 길이를 가진다.
이와 같이 선분 형상 홈의 시점이 되는 제 1 단부가, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 5~10%의 거리의 영역에 위치하는 것에 의하면, 연마면에 적하된 슬러리가 선분 형상 홈에 적당한 타이밍에 침입하여, 연마 영역에 슬러리를 균일하게 분포시키기 쉬워진다.
제 1 단부가, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 5% 미만의 거리의 영역에 존재하는 경우, 연마면의 중앙 영역 부근에 쌓인 슬러리가, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈보다 우선적으로 선분 형상 홈으로 들어가기 쉬워져, 중앙 영역 부근에 있어서의 슬러리의 공급량이 불균일해져 연마 속도가 저하된다. 또한, 선분 형상 홈의 시점이 되는 제 1 단부가, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 10% 초과의 거리의 영역에 존재하는 경우, 중앙 영역 부근에 쌓인 슬러리가, 선분 형상 홈으로 침입하기 어려워짐으로써 연마 영역으로의 슬러리의 공급량이 저하되기 쉬워진다.
한편, 선분 형상 홈의 종점이 되는 제 2 단부는, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 35~70%의 거리의 영역에 존재하도록 형성되어 있다. 선분 형상 홈의 종점이 되는 제 2 단부가, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 35~70%의 거리의 영역에 존재하는 것에 의하면, 중앙 영역 부근으로부터 선분 형상 홈에 침입한 슬러리가 연마 영역에 적절하게 보내지고, 한편, 연마면의 주연 영역 부근에까지는 보내지지 않는다. 이 때문에, 슬러리가 연마면의 주연으로부터 계외로 누출되기 어려워져, 연마 영역에 충분한 양의 슬러리가 보지되기 쉬워진다. 선분 형상 홈의 제 2 단부는, 나아가서는, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 40~65%의 거리의 영역에 위치하는 것이 바람직하다.
선분 형상 홈의 제 2 단부가, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경 35% 미만의 거리의 영역에 존재하는 경우, 선분 형상 홈의 길이가 지나치게 짧아져, 선분 형상 홈에 침입한 슬러리가 연마 영역에 충분히 도달하기 어려워져, 연마 영역에서 슬러리의 공급 부족이 되어, 연마 속도가 저하된다. 또한, 선분 형상 홈의 제 2 단부가, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경 70% 초과의 거리의 영역에 위치하는 경우에는, 연마면의 주연 영역 부근에 슬러리가 지나치게 공급됨으로써, 슬러리가 주연으로부터 계외로 누출되어 슬러리가 낭비되기 쉬워진다. 그 결과, 연마 영역에 있어서의 슬러리의 분포가 불균일해지는 것에 의해, 연마 속도가 저하된다.
이와 같은 방사 홈을 구성하는 선분 형상 홈의 길이의 비율은, 연마면의 반경에 대하여 30~65%, 바람직하게는, 35~60%의 비율의 평균 길이를 가진다. 선분 형상 홈의 평균 길이의 비율이 연마면의 반경에 대하여 30% 미만인 경우에는, 선분 형상 홈에 침입한 슬러리가 연마 영역에 충분히 도달하기 어려워져, 연마 영역에서 슬러리의 공급 부족이 되어, 연마 속도가 저하된다. 또한, 선분 형상 홈의 평균 길이의 비율이 연마면의 반경에 대하여 65%를 초과하는 경우에는, 연마면의 주연 영역 부근에 슬러리가 지나치게 공급됨으로써, 슬러리가 주연으로부터 계외로 누출되어 슬러리가 낭비되기 쉬워진다. 또한, 선분 형상 홈의 평균 길이도, 각 선분 형상 홈의 길이의 평균이다.
방사 형상의 홈을 구성하는 선분 형상 홈의 개수는 2개 이상이면 특별히 한정되지 않지만, 4~24개, 나아가서는, 5~16개인 것이, 슬러리의 공급성과 배출성의 밸런스가 우수하기 때문에, 연마 영역에 있어서의 슬러리 보지력이 향상되는 점에서 바람직하다. 선분 형상 홈의 개수가 지나치게 적은 경우에는, 연마 영역으로의 슬러리의 공급이 부족되기 쉬워지고, 지나치게 많은 경우에는 연마면으로의 배출성이 향상되어 1개당의 홈이 공급하는 슬러리의 양이 부족하여, 연마 영역으로의 슬러리의 공급성이 불균일해지는 경향이 있다.
선분 형상 홈은, 직선 형상이어도 곡선 형상이어도 되지만, 슬러리의 공급량 또는 배출량을 제어하기 쉬운 점에서, 직선인 것이 바람직하다.
선분 형상 홈의 단면 형상도 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 선분 형상 홈의 길이 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 형상은, 장방형, 정방형, 사다리꼴, 역사다리꼴 등의 사각 형상, 삼각 형상, 반원 형상, 반장원 형상 등이 특별히 한정없이 이용된다. 이들 중에서는, 사각 형상이 가공성과 슬러리의 보지성과 공급 안정성이 우수한 점에서 바람직하다.
또한, 선분 형상 홈도, 연마 중인 버의 발생을 억제하기 위해, 홈이 개구를 향해 역테이퍼가 되도록 경사진 단면을 가지고 있는 것이 바람직하다. 구체적으로는, 연마면에 위치하는 사각 형상의 홈을 형성하는 2개의 코너가 소정의 각도(β)로 경사지도록 챔퍼링된 테이퍼부를 가지는 소위 Y자 형상이거나, 밑각을 형성하는 2개의 코너에 대하여 사변이 소정의 각도(β)로 경사지도록 형성된 역사다리꼴의 단면이거나 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 경사의 각도는 특별히 한정되지 않지만, 20도~90도 미만, 나아가서는, 25~80도, 특히는 30~75도인 것이 바람직하다. 특히, 각도가 30~80도인 경우에는, 연마 중에 홈의 코너부에 발생하기 쉬운 버의 발생이 억제되기 쉬워짐으로써, 연마 속도의 저하나 연마 균일성의 저하가 억제되기 쉬워진다.
또한, 도 4를 참조하면, 선분 형상 홈의 폭은, 각 선분 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wa)(㎜)이, 0.1~10㎜, 나아가서는, 0.2~5㎜인 것이 방사 홈과 랜드 에어리어의 면적의 밸런스가 양호한 점에서 바람직하다. 또한, 선분 형상 홈의 폭은, 길이 방향에 대하여 수직인 방향으로 절단하였을 때의 단면 형상에 있어서, 상기 서술한, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭과 마찬가지로 정의된다.
또한, 선분 형상 홈의 깊이는, 선분 형상 홈의 최심부의 깊이의 평균으로서, 깊이 0.3~3.0㎜, 나아가서는, 0.5~2.5㎜ 정도인 것이, 연마 영역에 슬러리를 충분히 구석구석 미치게 하는 공급성을 충분히 확보하고, 또한, 연마 패드의 변형성을 억제하여 연마 성능을 안정화시키는 점에서 바람직하다. 선분 형상 홈이 지나치게 깊은 경우에는, 선분 형상 홈의 용적이 커지기 쉬워, 연마 시에 슬러리를 연마 영역에 충분히 널리 퍼지게 하기 위해 연마 영역에 보다 많은 슬러리를 적하할 필요가 있어, 비용적으로 바람직하지 않은 경우가 있다. 또한, 선분 형상 홈이 지나치게 얕은 경우에는, 선분 형상 홈의 용적이 작아지기 쉽고, 연마 시에 슬러리가 중앙 영역의 랜드 에어리어에서 넘침으로써, 슬러리가 연마 영역에 충분히 도달하기 어려워지는 경향이 있다. 또한, 선분 형상 홈이 지나치게 얕은 경우에는, 연마 패드의 사용을 계속한 경우에, 연마면의 마모에 의해 더 얕아져, 연마 속도를 높게 하는 효과가 지속되기 어려워지는 경향도 있다.
또한, 선분 형상 홈의 단면적은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 길이 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균을 단면적(Sa)(㎜2)으로 한 경우, 0.3~4.5㎜2, 나아가서는 0.5~4.0㎜2인 것이 연마 영역으로의 슬러리 공급성을 확보하는 점에서 바람직하다. 선분 형상 홈의 단면적의 평균이 너무 큰 경우에는, 연마 시에 슬러리를 연마면의 연마 영역에 충분히 널리 퍼지게 하기 위해 보다 많은 슬러리를 연마면에 적하할 필요가 있어, 비용적으로 바람직하지 않은 경우가 있다. 또한, 선분 형상 홈의 단면적의 평균이 지나치게 작은 경우에는, 연마 시에 슬러리를 연마 영역에까지 널리 퍼지게 하기 전에 중앙 영역의 랜드 에어리어에서 넘치기 쉬워져, 연마면의 연마 영역에 충분히 퍼지게 하기 어려워지는 경향이 있다. 또한, 선분 형상 홈의 단면적의 평균도, 각 선분 형상 홈의 단면적의 평균이다.
또한, 선분 형상 홈의 깊이, 홈 폭(Wa), 및 단면적(Sa) 등도, 브레이크 인의 처리의 전의 미사용의 연마 패드를 기준으로 한다.
이와 같은 본 실시 형태의 연마 패드는, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경 5~70%의 영역 내에, 선분 형상 홈과 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈과의 교차 부분이 존재한다.
도 1을 참조하면, 연마 패드(10)의 연마층(1)의 연마면에 있어서는, 나선 중심으로부터 연마면의 반경 4.5~100%의 영역에 균등한 홈 피치(P)의 선회수 10의 나선 형상 홈(H)이 형성되어 있다. 그리고, 나선 형상 홈(H)의 선회수 1~6의 홈이 선분 형상 홈(S1~S8)과 교차하여, 41개소의 교차 부분을 형성하고 있다. 이 교차 부분은 나선 형상 홈(H)의 중심으로부터 연마면의 반경 약 7%의 위치를 나타내는 가상원(K1)과, 나선 형상 홈(H)의 중심으로부터 연마면의 반경 약 52.5%의 위치를 나타내는 가상원(K2)으로 둘러싸인, 반경 약 7~52.5%의 영역 내에 존재하고 있다.
또한, 마찬가지로, 도 2를 참조하면, 연마 패드(20)의 연마층(21)의 연마면에 있어서는, 동심원의 중심으로부터 적어도 연마면의 반경 5~90%의 영역에 걸쳐 균등한 홈 피치(P)의 동심원 형상의 환 형상 홈(C1~C11)이 형성되어 있다. 그리고, 선분 형상 홈(S1~S8)의 각 홈이, 환 형상 홈(C2~C6)과 교차하여, 40개소의 교차 부분을 형성하고 있다. 이 교차 부분은 동심원 형상 홈의 중심(G)으로부터 연마면의 반경에 대하여 약 7%의 거리의 위치를 나타내는 가상원(K1)과, 나선 형상 홈(H)의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 약 52.5%의 거리의 위치를 나타내는 가상원(K2)으로 둘러싸인, 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 약 7~52.5%의 거리의 영역 내에 존재하고 있다.
이와 같이, 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 5~70%의 거리의 영역 내에, 선분 형상 홈과 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈과의 교차 부분을 존재시킴으로써, 선분 형상 홈에 침입한 슬러리를 연마 영역에 신속하게 공급시켜 보지시키기 쉬워진다. 교차 부분이 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 70% 초과의 거리의 영역에 존재하는 경우에는, 연마 시에 슬러리가 연마면의 주연 영역 부근에까지 지나치게 널리 퍼져, 슬러리가 연마면의 주연으로부터 계외로 누출되기 쉬워지고, 그 결과, 연마 영역에 있어서의 슬러리의 보지량이 저하되어, 연마 속도가 낮아진다. 또한, 교차 부분이 방사 홈의 중심으로부터 연마면의 반경에 대하여 5% 미만의 거리의 영역에 존재하는 경우에는, 연마면에 적하된 슬러리가 선분 형상 홈에, 직접, 적하되어 되튀기 쉬워짐으로써, 연마면 내에 있어서 공급 속도의 불균일이 발생하기 쉬워진다.
그리고, 본 실시 형태의 연마 패드는, 선분 형상 홈의 길이 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균인 단면적(Sa)(㎜2)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 접선 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균인 단면적(Sb)(㎜2)이, 0.1≤Sb/Sa<1.0을 충족시키고, 바람직하게는 0.15≤Sb/Sa≤0.85를 충족시킨다. 도 3a에 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의, 접선 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적(Sb)을, 도 4에 선분 형상 홈의, 길이 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적(Sa)을 나타낸다.
선분 형상 홈의 단면적(Sa)에 대한 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 단면적(Sb)의 비인 Sb/Sa가 1.0 이상인 경우에는, 슬러리가 나선 형상 또는 동심원 형상 홈으로 흐르기 쉬워짐으로써, 연마 영역으로의 슬러리의 공급성이 저하되어, 연마 속도가 저하된다. 또한, Sb/Sa가 0.1 미만인 경우에는, 선분 형상 홈으로 슬러리가 우선적으로 지나치게 흐름으로써, 연마면의 중앙 영역 부근에 있어서의 랜드 에어리어에 슬러리가 넘쳐, 연마 영역으로의 슬러리의 공급성이 저하되는 경향이 있다.
또한, Sb/Sa는, 0.25≤Sb/Sa≤0.85, 나아가서는, 0.44≤Sb/Sa≤0.80인 것이, 보다 높은 연마 속도가 얻어지고, 또한, 피연마재의 피연마면 내에 있어서의 연마 균일성이 우수한 점에서 바람직하다.
또한, 본 실시 형태의 연마 패드는, 선분 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wa)(㎜)이 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(㎜)보다 큰 것, 구체적으로는, 0.1≤Wb/Wa<1.0, 나아가서는, 0.1≤Wb/Wa≤0.9인 것, 특히는 0.1≤Wb/Wa≤0.6인 것이, 선분 형상 홈에 신속하게 슬러리가 흐름으로써 연마 영역으로의 공급성이 향상되는 경향이 있는 점에서 바람직하다. 홈 폭(Wa)에 대한 홈 폭(Wb)의 비인 Wb/Wa가 지나치게 높은 경우에는, 슬러리가 나선 형상 또는 동심원 형상 홈으로 흐르기 쉬워짐으로써, 연마 영역으로의 슬러리의 공급성이 저하되는 경향이 있다. 또한, Wb/Wa가 지나치게 낮은 경우에는, 선분 형상 홈에 슬러리가 우선적으로 지나치게 흐름으로써, 연마면의 중앙 영역 부근에 있어서의 랜드 에어리어에 슬러리가 넘쳐, 연마 영역으로의 슬러리의 공급성이 저하되는 경향이 있다.
또한, 본 실시 형태의 연마 패드는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(㎜)과 홈 피치(P)(㎜)가, 0.02≤Wb/P≤0.25, 나아가서는, 0.025≤Wb/P≤0.16을 충족시키는 것이 바람직하다. 홈 피치(P)(㎜)에 대한 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭의 평균이 너무 큰 경우에는, 피연마재와 접촉하는 연마면이 지나치게 작아져 연마 효율이 저하되는 경향이 있고, 지나치게 작은 경우에는 홈을 통하여 공급되는 슬러리가 연마면에서 부족한 경향이 있다.
또한, 본 실시 형태의 연마 패드는, 선분 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wa)(㎜)와, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(㎜)과, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 평균 홈 피치(P)(㎜)가, 0.20≤{Wb2/(P×Wa)}×100≤25, 나아가서는, 0.25≤{Wb2/(P×Wa)}×100≤15, 특히는 0.25≤{Wb2/(P×Wa)}×100≤10을 충족시키는 것이 바람직하다. {Wb2/(P×Wa)}×100이 너무 큰 경우에는, 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈으로 슬러리가 우선적으로 흐르기 쉬워짐으로써, 연마 영역으로의 슬러리의 공급성이 저하된다. 또한, {Wb2/(P×Wa)}×100이 지나치게 작은 경우에는 선분 형상 홈으로 슬러리가 우선적으로 침입함으로써, 연마면의 중앙 영역 부근에 있어서의 랜드 에어리어에 슬러리가 넘쳐, 연마 영역으로의 슬러리의 공급성이 저하되는 경향이 있다.
본 실시 형태의 연마 패드에 포함되는 연마층을 형성하는 재료는, 종래, 연마 패드의 연마층의 제조에 이용되고 있는 합성 또는 천연의 고분자 재료가 특별히 한정없이 이용된다. 연마층을 형성하는 고분자 재료의 구체예로서는, 예를 들면, 폴리우레탄, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리부타디엔, 에틸렌-아세트산 비닐 공중합체, 부티랄 수지, 폴리스티렌, 폴리염화비닐, 아크릴 수지, 에폭시 수지, 폴리에스테르, 폴리아미드 등을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서는, 폴리우레탄을 주체로 하는 것이, 평탄화성이 우수하고, 또한 스크래치가 발생하기 어려운 연마층이 얻어지는 점에서 특히 바람직하다. 이하, 연마층을 형성하는 재료로서 이용되는 폴리우레탄에 대하여, 대표예로서 상세하게 설명한다.
폴리우레탄은, 고분자 디올, 유기 디이소시아네이트 및 쇄 신장제를 포함하는 폴리우레탄 원료를 반응시킴으로써 얻어진다. 폴리우레탄 원료인 고분자 디올, 유기 디이소시아네이트, 쇄 신장제로서는, 예를 들면, 다음과 같은 화합물을 들 수 있다.
고분자 디올의 구체예로서는, 예를 들면, 폴리에틸렌글리콜, 폴리테트라메틸렌글리콜 등의 폴리에테르디올; 폴리(노나메틸렌아디페이트)디올, 폴리(2-메틸-1,8-옥타메틸렌아디페이트)디올, 폴리(3-메틸-1,5-펜타메틸렌아디페이트)디올 등의 폴리에스테르디올; 폴리(헥사메틸렌카보네이트)디올, 폴리(3-메틸-1,5-펜타메틸렌카보네이트)디올 등의 폴리카보네이트디올 등을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다.
또한, 유기 디이소시아네이트의 구체예로서는, 예를 들면, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 1,4-비스(이소시아나토메틸)시클로헥산 등의 지방족 또는 지환식 디이소시아네이트; 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4-톨릴렌디이소시아네이트, 2,6-톨릴렌디이소시아네이트, 1,5-나프틸렌디이소시아네이트 등의 방향족 디이소시아네이트를 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서는, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트가 얻어지는 연마층의 내마모성이 우수한 등의 점에서 바람직하다.
또한, 쇄 신장제로서는, 이소시아네이트기와 반응할 수 있는 활성 수소 원자를 분자 중에 2개 이상 가지는 분자량 350 이하의 저분자 화합물을 들 수 있다. 그 구체예로서는, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 1,3-프로판디올, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 1,4-부탄디올, 1,5-펜탄디올, 네오펜틸글리콜, 1,6-헥산디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,4-비스(β-히드록시에톡시)벤젠, 1,9-노난디올, cis-2-부텐-1,4-디올, 스피로글리콜 등의 디올류; 에틸렌디아민, 테트라메틸렌디아민, 헥사메틸렌디아만, 노나메틸렌디아민, 히드라진, 크실릴렌디아민, 이소포론디아민, 피페라진 등의 디아민류 등을 들 수 있다. 이들은, 단독으로 이용해도 2종 이상을 조합하여 이용해도 된다. 이들 중에서는, 1,4-부탄디올, cis-2-부텐-1,4-디올, 1,5-펜탄디올, 및 1,9-노난디올로부터 선택되는 적어도 1종을 포함하는 것이 특히 바람직하다.
폴리우레탄 원료의 각 성분의 배합 비율은 연마층에 부여해야 할 특성 등을 고려하여 적절히 조정되지만, 예를 들면, 고분자 디올 및 쇄 신장제에 포함되는 활성 수소 원자 1몰에 대하여, 유기 디이소시아네이트에 포함되는 이소시아네이트기가 0.95~1.3몰, 나아가서는 0.96~1.1몰, 특히는 0.97~1.05몰이 되는 비율로 각 성분을 배합하는 것이 바람직하다. 유기 디이소시아네이트에 포함되는 이소시아네이트기가 지나치게 적은 경우에는, 얻어지는 폴리우레탄의 기계적 강도 및 내마모성이 저하되는 경향이 있다. 또한, 유기 디이소시아네이트에 포함되는 이소시아네이트기가 지나치게 많은 경우에는, 폴리우레탄의 생산성이나 폴리우레탄 원료의 보존 안정성이 저하되는 경향이 있다.
폴리우레탄 중의, 유기 폴리이소시아네이트의 이소시아네이트기에 유래하는 질소 원자의 비율은, 4.8~7.5질량%, 나아가서는 5.0~7.3질량%, 특히는 5.2~7.1질량%인 것이, 평탄화성이나 저스크래치성이 특히 우수한 연마층이 얻어지는 점에서 바람직하다. 이소시아네이트기에 유래하는 질소 원자의 비율이 지나치게 낮은 경우에는 얻어지는 연마층의 경도가 낮아지는 경향이 있다.
또한, 연마층을 형성하는 재료로서 이용되는 폴리우레탄으로서는, 열가소성 폴리우레탄인 것이, 고경도를 가지는 평탄화성이 우수한 연마층이 얻어지는 점에서 바람직하다. 또한, 열가소성이란, 압출 성형, 사출 성형, 캘린더 성형, 3D 프린터 성형 등의 가열 공정에 의해 용융되어 성형 가능한 특성을 의미한다. 이와 같은, 열가소성 폴리우레탄은, 고분자 디올, 유기 디이소시아네이트 및 쇄 신장제를 포함하는 폴리우레탄 원료를 이용하여, 프레폴리머법이나 원샷법 등의 공지의 폴리우레탄의 제조 방법을 이용하여 제조된다. 특히는, 실질적으로 용매의 불존재하에서 폴리우레탄 원료를 용융 혼련하여 용융 중합하는 방법, 나아가서는, 다축 스크루형 압출기를 사용하여 연속 용융 중합하는 방법이 생산성이 우수한 점에서 바람직하다.
또한, 연마층은, 비발포 구조(비다공성)인 것이 바람직하다. 비발포 구조의 연마층은, 높은 경도를 보지할 수 있어, 보다 우수한 평탄화성을 나타내는 점에서 바람직하다. 또한, 비발포 구조의 연마층은, 그 표면에 기공이 노출되지 않고, 기공 중에서 슬러리 중의 연마 입자가 응집이나 응착되지 않기 때문에, 스크래치가 발생하기 어려운 점에서 바람직하다. 또한, 비발포 구조의 연마층은 발포 구조의 연마층에 비해, 연마층의 마모 속도가 작기 때문에 수명이 긴 점에서 바람직하다.
연마층의 제조 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 상기 서술한 연마층을 형성하는 고분자 재료에, 필요에 따라 종래 이용되고 있던 연마층용의 첨가제 등을 배합한 연마층용의 고분자 재료 조성물을, 공지의 시트화법을 이용하여, 시트화한다. 구체적으로는, 예를 들면, 연마층용의 고분자 재료 조성물을 T-다이를 장착한 단축 압출기나 2축 압출기 등의 압출기에 의해 용융 압출하여 시트화하는 방법을 들 수 있다. 또한, 시트는, 상기한 연마층용 재료 조성물을 블로키 형상으로 성형하고, 블로키 형상의 성형체를 슬라이스하여 제조해도 된다. 연마층용의 고분자 재료 조성물의 조성은 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 고분자 재료 조성물은, 고분자 재료를 50질량% 이상, 나아가서는 80질량% 이상, 특히는, 90질량% 이상, 특히는 99질량% 이상 함유하는 것이 바람직하다. 즉, 고분자 재료 조성물이 첨가제를 함유하는 경우에는, 50질량% 이하, 나아가서는 20질량% 이하, 특히는 10질량% 이하, 특히는 1질량% 이하인 것이 바람직하다.
그리고, 얻어진 시트를, 연삭 등에 의해 원하는 두께로 조정하고, 재단, 펀칭 가공, 절삭 등에 의해 원형으로 성형함으로써 연마층용 시트가 얻어진다. 그리고, 원형의 연마층용 시트의 일면과 연마면으로 하고, 상기 서술한 바와 같은, 연마면의 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 적어도 2개의 선분 형상 홈을 포함하는 방사 홈과, 중앙 영역에서부터 주연 영역에 걸쳐 형성된 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈을 마련함으로써, 본 실시 형태의 연마 패드에 이용되는 연마층이 얻어진다.
이와 같은 연마층은, 예를 들면, 비발포 구조의 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 연마층의 경우, 그 밀도로서는, 1.0g/cm3 이상, 나아가서는 1.1g/cm 3 이상, 특히는, 1.2g/cm3 이상인 것이 바람직하다. 비발포 구조의 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 연마층의 밀도가 지나치게 낮은 경우에는, 연마층이 지나치게 물러져 연마 속도나 연마 균일성이 저하되는 경향이 있다.
또한, 연마층의 D 경도는, 45~90, 나아가서는 50~88, 특히는 55~87, 특히는 60~86인 것이, 평탄화성이 높음으로써 연마 균일성이 우수하고, 또한, 피연마재의 피연마면의 표면의 스크래치 발생의 억제에도 우수한 점에서 바람직하다.
연마면에 구비되는 방사 홈이나 나선 형상 홈 또는 동심원 형상 홈의 형성 방법은 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로는, 예를 들면, 연마층용 시트의 일면을 절삭 가공함으로써 각 홈을 형성하는 방법; 연마층용 시트의 일면에 가열된 금형이나 금속선을 스탬핑하여 접촉시키는 전사 가공에 의해 고분자를 용융 또는 휘산시켜 홈을 형성하는 방법; 연마층용 시트의 일면에 레이저 가공함으로써 고분자를 분해 또는 휘산시킴으로써 홈을 형성하는 방법; 홈을 형성하기 위한 볼록부를 미리 형성된 금형을 이용하여, 홈을 가지는 연마면을 구비한 연마층용 시트를 성형하는 방법; 등을 들 수 있다. 이들 중에서는, 절삭 가공하는 방법, 또는 전사 가공하는 방법이, 생산성이 우수한 점에서 바람직하고, 특히는 절삭 가공하는 방법이 가공 정밀도가 우수한 점에서 바람직하다. 연마층의 두께로서는, 0.4~5.0㎜, 나아가서는, 0.6~4.5㎜ 정도인 것이 바람직하다.
이상에서 설명한 바와 같이, 연마 패드에 포함되는 연마층이 제조된다. 본 실시 형태의 연마 패드는, 이와 같이 하여 제조된 연마층을, 그대로 단층의 연마 패드로서 이용해도, 연마층의 연마면의 반대면에 쿠션층이나 지지체층 등의 다른 층을 적층하거나 한 2층 이상의 적층 구조를 가지는 연마 패드로서 이용해도 된다.
도 5는, 연마 패드(10) 및 연마 패드(20)의 부분 측면 모식도이다. 도 5를 참조하면, 연마 패드(10) 및 연마 패드(20)에 있어서는, 연마층(1) 또는 연마층(11)의 연마면(F)의 반대면인 반연마면에 접착층(6)을 개재하여 쿠션층(7)이 적층되어 있다. 쿠션층을 적층한 적층 구조를 가지는 경우, 면 내 전체에 있어서의 연마 균일성이 향상되기 쉬운 점에서 특히 바람직하다. 연마 패드가 적층 구조를 가지는 경우, 연마층의 연마면의 반대면에 점착제나 접착제를 개재하여 쿠션층이나 지지체층이 적층된다.
쿠션층의 C 경도는 20~70인 것이 바람직하다. 또한, 쿠션층의 소재는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 부직포에 수지를 함침시켜 이루어지는 시트나, 비발포 구조 또는 발포 구조의 엘라스토머의 시트 등을 들 수 있다. 구체적으로는, 부직포에 폴리우레탄을 함침시킨 복합체; 천연 고무, 니트릴 고무, 폴리부타디엔 고무, 실리콘 고무 등의 고무; 폴리에스테르계 열가소성 엘라스토머, 폴리아미드계 열가소성 엘라스토머, 불소계 열가소성 엘라스토머 등의 열가소성 엘라스토머; 발포 플라스틱; 폴리우레탄 등의 시트를 들 수 있다. 이들 중에서는, 바람직한 유연성이 얻어지기 쉬운 점에서, 발포 구조를 가지는 폴리우레탄의 시트가 특히 바람직하다.
이상 설명한 본 실시 형태의 연마 패드는 CMP에 바람직하게 이용된다. 이어서, 본 실시 형태의 연마 패드(10)를 이용한 CMP의 일 실시 형태에 대하여 설명한다.
CMP에 있어서는, 예를 들면, 도 6에 나타내는 바와 같은 원형의 회전 정반(101)과, 슬러리 공급 노즐(102)과, 캐리어(103)와, 패드 컨디셔너(104)를 구비한 CMP 장치(100)가 이용된다. 회전 정반(101)의 표면에, 연마 패드(10)가 양면 점착 시트 등에 의해 첩부(貼付)된다. 또한, 캐리어(103)는 연마 대상인 피연마재(50)를 지지한다.
CMP 장치(100)에 있어서는, 회전 정반(101)은, 도시하지 않은 모터에 의해, 예를 들면, 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다. 또한, 캐리어(103)는, 피연마재(50)의 피연마면을 연마 패드(10)의 연마면에 압접하면서, 도시하지 않은 모터에 의해 예를 들면 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다. 패드 컨디셔너(104)는, 예를 들면 화살표로 나타내는 방향으로 회전한다. 패드 컨디셔너(104)의 직경이 피연마재(50)의 직경보다 작은 경우에는, 연마 패드의 피연마재와 접촉하는 영역 전체를 연마에 적합한 거칠기로 하기 위해, 패드 컨디셔너(104)를 회전 정반(101)의 반경 방향으로 요동시킨다.
미사용의 연마 패드를 이용할 때, 통상은, 피연마재의 연마에 앞서, 연마 패드의 연마면을 미세하게 거칠게 하여 연마에 적합한 거칠기를 형성하기 위한 브레이크 인이라고 불리는 컨디셔닝이 행해진다. 구체적으로는, 회전 정반(101)에 고정되어 회전하는 연마 패드(10)의 표면에 물을 흘려보내면서, CMP용의 패드 컨디셔너(104)를 눌러, 연마 패드(10)의 표면의 컨디셔닝을 행한다. 패드 컨디셔너로서는, 예를 들면, 다이아몬드 입자를 니켈 전착 등에 의해 담체 표면에 고정한 패드 컨디셔너가 이용된다.
그리고, 브레이크 인이 완료된 후, 피연마재의 피연마면의 연마를 개시한다. 연마에 있어서는, 회전하는 연마 패드의 표면에 슬러리 공급 노즐로부터 슬러리를 공급한다. 슬러리는, 예를 들면, 물이나 오일 등의 액상 매체; 실리카, 알루미나, 산화 세륨, 산화 지르코늄, 탄화 규소 등의 연마제; 염기, 산, 계면활성제, 산화제, 환원제, 킬레이트제 등을 함유하고 있다. 또한 CMP를 행할 때에, 필요에 따라, 슬러리와 함께, 윤활유, 냉각제 등을 병용해도 된다. 그리고, 연마면에 슬러리가 골고루 널리 퍼진 연마 패드에, 캐리어에 고정되어 회전하는 피연마재를 누른다. 그리고, 소정의 평탄도나 연마량이 얻어질 때까지, 연마 처리가 계속된다. 연마 시에 작용시키는 가압력이나 회전 정반과 캐리어의 상대 운동의 속도를 조정함으로써, 마무리 품질이 영향을 받는다.
연마 조건은 특별히 한정되지 않지만, 효율적으로 연마를 행하기 위해서는, 정반 및 피연마재의 각각의 회전 속도는 300rpm 이하의 저회전이 바람직하고, 연마 패드에 압접하기 위해 피연마재에 가하는 압력은, 연마 후에 상처가 발생하지 않도록 한다고 하는 견지로부터, 150kPa 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 연마하고 있는 동안, 연마 패드에는, 연마면에 슬러리가 골고루 널리 퍼지도록 슬러리를 연속 또는 불연속으로 공급하는 것이 바람직하다.
그리고, 연마 종료 후의 피연마재를 잘 세정한 후, 스핀 드라이어 등을 이용하여 피연마재에 부착된 수적(水滴)을 털어 버리고 건조시킨다. 이와 같이 하여, 피연마면이 평활한 면이 된다.
이와 같은 본 실시 형태의 CMP는, 각종 반도체 디바이스, MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 등의 제조 프로세스에 있어서의 연마에 바람직하게 이용된다. 피연마재의 예로서는, 예를 들면, 실리콘, 탄화 규소, 질화 갈륨, 갈륨 비소, 산화 아연, 사파이어, 게르마늄, 다이아몬드 등의 반도체 기재; 소정의 배선을 가지는 배선판에 형성된 실리콘 산화막, 실리콘 질화막, low-k막 등의 절연막이나, 구리, 알루미늄, 텅스텐 등의 배선 재료; 유리, 수정, 광학 기재, 하드 디스크 등을 들 수 있다. 본 실시 형태의 연마 패드는, 특히는, 반도체 기재 상에 형성된 절연막이나 배선 재료를 연마하는 용도에 바람직하게 이용된다.
실시예
이하, 실시예에 의해 본 발명을 더 구체적으로 설명한다. 또한, 본 발명의 범위는 이들의 실시예에 전혀 한정되는 것은 아니다.
[제조예 1]
수평균 분자량 850의 폴리테트라메틸렌글리콜[약호: PTMG], 수평균 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜[약호: PEG], 1,4-부탄디올[약호: BD], 및 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트[약호: MDI]를, PTMG:PEG:BD:MDI의 질량비가 24.6:11.6:13.8:50.0이 되는 비율로 배합하고, 정량 펌프에 의해, 동축에서 회전하는 2축 압출기에 연속적으로 공급하여, 열가소성 폴리우레탄을 연속 용융 중합했다. 그리고, 중합된 열가소성 폴리우레탄의 용융물을 스트랜드 형상으로 수중에 연속적으로 압출한 후, 펠리타이저로 세단하여 펠릿을 얻었다. 이 펠릿을 70℃에서 20시간 제습 건조한 후, 단축 압출기에 공급하고, T-다이로부터 압출하여, 시트를 성형했다. 그리고, 얻어진 시트의 표면을 연삭하여 두께 2.0㎜의 균일한 시트로 한 후, 직경 740㎜의 원 형상으로 잘라 냄으로써, 비발포체인 연마층용 시트를 얻었다. JIS K 7311에 준하여, 측정 온도 25℃의 조건에서 측정한 연마층용 시트의 D 경도는 62였다.
[제조예 2]
제조예 1에 있어서, PTMG:PEG:BD:MDI의 질량비가 24.6:11.6:13.8:50.0이 되는 비율로 배합한 폴리우레탄 원료를 이용한 대신에, 수평균 분자량 850의 폴리테트라메틸렌글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올[약호: MPD], 1,4-부탄디올, 및 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를, PTMG:MPD:BD:MDI의 질량비가 12.5:5.7:17.5:64.3이 되는 비율로 배합한 폴리우레탄 원료를 이용한 것 이외에는, 제조예 1과 마찬가지로 하여, 열가소성 폴리우레탄의 펠릿을 얻었다. 그리고, 제조예 1과 마찬가지로 하여, 비발포체인 연마층용 시트를 얻었다. JIS K 7311에 준하여, 측정 온도 25℃의 조건에서 측정한 연마층용 시트의 D 경도는 86이었다.
[제조예 3]
제조예 1에 있어서, PTMG:PEG:BD:MDI의 질량비가 24.6:11.6:13.8:50.0이 되는 비율로 배합한 폴리우레탄 원료를 이용한 대신에, 수평균 분자량 850의 폴리테트라메틸렌글리콜, 수평균 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜[약호: PEG], 1,9-노난디올[약호: ND], 및 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를, PTMG:PEG:ND:MDI의 질량비가 32.2:5.7:19.6:42.5가 되는 비율로 배합한 폴리우레탄 원료를 이용한 것 이외에는, 제조예 1과 마찬가지로 하여, 열가소성 폴리우레탄의 펠릿을 얻었다. 그리고, 제조예 1과 마찬가지로 하여, 비발포체인 연마층용 시트를 얻었다. JIS K 7311에 준하여, 측정 온도 25℃의 조건에서 측정한 연마층용 시트의 D 경도는 56이었다.
[제조예 4]
제조예 1에 있어서, PTMG:PEG:BD:MDI의 질량비가 24.6:11.6:13.8:50.0이 되는 비율로 배합한 폴리우레탄 원료를 이용한 대신에, 수평균 분자량 850의 폴리테트라메틸렌글리콜, 수평균 분자량 600의 폴리에틸렌글리콜, 3-메틸-1,5-펜탄디올[약호: MPD], 1,9-노난디올, 및 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트를, PTMG:PEG:MPD:ND:MDI의 질량비가 36.1:6.4:1.3:15.7:40.5가 되는 비율로 배합한 폴리우레탄 원료를 이용한 것 이외에는, 제조예 1과 마찬가지로 하여, 열가소성 폴리우레탄의 펠릿을 얻었다. 그리고, 제조예 1과 마찬가지로 하여, 비발포체인 연마층용 시트를 얻었다. JIS K 7311에 준하여, 측정 온도 25℃의 조건에서 측정한 연마층용 시트의 D 경도는 46이었다.
[실시예 1~25 및 비교예 1~13]
제조예 1에서 얻어진 D 경도 62의 연마층용 시트의 일면인 연마면에, 표 1 및 표 2에 기재된 형상의 패턴을 가지는 홈을 절삭 가공으로 형성했다.
또한, 실시예 12 및 비교예 4에 있어서는, 동심원의 중심이 연마면의 중심으로부터 15㎜ 편심한 동심원 홈을 형성했다. 이 때, 동심원 홈의 중심은 연마면의 중심으로부터 반경에 대하여 약 4%의 거리가 떨어진 위치였다. 또한, 실시예 13의 방사 홈의 중심은 동심원 홈의 중심에 일치하고 있었다.
또한, 각 실시예에 있어서의 동심원 형상 홈, 나선 형상 홈, 격자 형상 홈, 방사 홈을 형성하는 선분 형상 홈은, 필요에 따라 홈의 사면이 35~80도의 범위의 각도로 경사지도록 챔퍼링되었다. 또한, 역사다리꼴의 홈의 사면도 35~80도의 범위의 각도로 경사지도록 형성되어 있었다. 사면의 각도가 변화됨으로써, 단면적이 변화된다.
동심원 형상 홈, 나선 형상 홈, 격자 형상 홈, 및 방사 홈을 형성하는 선분 형상 홈의, 각 홈의 홈 폭 및 홈의 단면적은, 단면의 200배의 주사형 전자 현미경(SEM) 화상에 의거하여 측정했다. 구체적으로는, 각 연마층의 홈의 절단면을 골고루 18개소에서 촬영하고, 각 화상의 홈의 폭을 계측하고, 또한, 화상 처리에 의해 단면적을 계측하여, 그들의 평균값을 구했다. 또한, 동심원 형상 홈, 나선 형상 홈, 및 격자 형상 홈의 평균 홈 피치(P)는, 스케일 루페를 이용하여 연마면의 실리콘 웨이퍼에 접촉하는 영역으로부터 각각 골고루 선택한 8개소를 측정하고, 그 평균을 평균 홈 피치(P)라고 했다. 또한, 각 홈의 깊이는, (주)나카무라제작소제 뎁스 게이지「E-DP2J」를 이용하여, 실리콘 웨이퍼에 접촉하는 영역으로부터 각각 골고루 선택한 8개소에서 측정하고, 그 측정값을 평균하여 구했다.
그리고, 연마층의 연마면에 대한 이면에 쿠션층을 양면 점착 시트로 첩합(貼合)하여 복층형의 연마 패드를 작성했다. 쿠션층으로서는, 두께 0.8㎜의 발포 폴리우레탄제 시트인 (주)이노악코포레이션제 「포론 H48」을 이용했다. 그리고, 얻어진 연마 패드의 연마 특성을 다음의 평가 방법에 의해 평가했다.
<연마 속도>
얻어진 연마 패드를 (주)에바라제작소제의 연마 장치 「FREX-300」에 장착했다. 그리고, 히타치가세이(주)제의 슬러리 「HS-8005」를 10배로 희석하여 조정한 슬러리를 준비하고, 플래튼 회전수 100rpm, 헤드 회전수 99rpm, 연마 압력 30.0kPa의 조건에 있어서, 200mL/분의 속도로 슬러리를 연마 패드의 연마면에 공급하면서 막 두께 2000nm의 산화 규소막을 표면에 가지는 직경 12인치의 실리콘 웨이퍼를 60초간 연마했다.
그리고, 패드 컨디셔너((주)얼라이드머티리얼제의 다이아몬드 드레서(다이아몬드 번수(番手) #100 블로키, 대금(臺金) 직경 19cm))를 이용하여, 드레서 회전수 70rpm, 연마 패드 회전수 100rpm, 드레서 하중 20N의 조건으로, 150mL/분의 속도로 순수를 흘려보내면서, 연마 패드의 표면을 30초간 컨디셔닝했다. 그리고, 별도의 실리콘 웨이퍼를 다시 연마하고, 추가로, 30초간 컨디셔닝을 행했다. 그리고, 60초간의 연마 후, 연마 패드의 컨디셔닝을 30초간 행했다. 그리고, 별도의 실리콘 웨이퍼를 다시 연마하고, 추가로, 30초간 컨디셔닝을 행했다. 이와 같이 하여 10매의 실리콘 웨이퍼를 연마했다.
그리고, 10매째로 연마한 실리콘 웨이퍼의 연마 전 및 연마 후의 산화 규소막의 막 두께를 웨이퍼면 내에서 각 49점 측정하고, 각 점에 있어서의 연마 속도(nm/min)를 구했다. 구체적으로는, 49점의 연마 속도의 평균값을 연마 속도로 했다.
그리고, 종래의 일반적인 홈 형상으로 달성 가능했던 연마 속도 1050nm/min을 기준으로 하여, 각 실시예의 연마 속도의 개선율을 이하의 식에 의해 산출했다.
연마 속도의 개선율(%)=연마 속도÷1050×100
결과를 하기 표 1 및 표 2에 나타낸다.
표 1에 나타내는 본 발명과 관련된 실시예 1~25에서 얻어진 연마 패드는, 모두 연마 속도가 높았다. 한편, 표 2에 나타내는 비교예 1~13에서 얻어진 연마 패드는, 모두 연마 속도가 낮았다. 또한, 표 1을 참조하면, 0.25≤Sb/Sa≤0.85를 충족시키는 및, 0.2≤{Wb2/(P×Wa)}×100≤21.0을 충족시키는 실시예 1~21에서 얻어진 연마 패드는, 특히 연마 속도가 높았다.
<Sb/Sa의 연마 균일성에 대한 영향>
Sb/Sa가 상이한 12개의 실시예의 연마 패드를 선택했다. 그리고, <연마 속도>의 측정 방법과 마찬가지로 하여, 복수매의 실리콘 웨이퍼를 연마했다. 그리고, 미사용의 연마층의 환 형상 홈의 홈 깊이에 비해 홈 깊이가 50% 감소할 때까지 연마한 연마 패드의, 연마 균일성을 아래와 같이 평가했다.
연마층의 환 형상 홈의 홈 깊이가 50% 감소하였을 때에 연마된, 실리콘 웨이퍼의 연마 전 및 연마 후의 산화 규소막의 막 두께를 웨이퍼면 내(에지 익스클루전 3㎜)에서 49점 측정하고, 각 점에 있어서의 연마 속도(nm/min)를 구했다. 그리고, 49점에 있어서의 연마 속도의 평균값 및 표준 편차 1σ를 산출하고, 그 평균값 및 표준 편차 1σ로부터 변동 계수(단위: %)를 구했다. 변동 계수가 작을수록, 연마 균일성이 우수한 것을 나타낸다. Sb/Sa와 연마 속도 및 연마 균일성의 평가 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
표 3을 참조하면, 0.44≤Sb/Sa≤0.80을 충족시키는, 실시예 4, 2, 10, 16, 3은, 연마 균일성의 변동 계수가 2.8% 이하로 낮고, 연마 균일성이 특히 우수하고, 또한, 연마 속도도 높은 것을 알 수 있다.
[실시예 26~실시예 28]
제조예 2에서 얻어진 D 경도 86의 연마층용 시트, 제조예 3에서 얻어진 D 경도 56의 연마층용 시트 또는, 제조예 4에서 얻어진 D 경도 49의 연마층용 시트를 각각 이용한 것 이외에는, 실시예 10과 마찬가지로 하여 연마 패드를 작성했다(실시예 26, 27, 28). 그리고, 연마층의 D 경도의 연마 균일성에 대한 영향을 검토했다.
연마층의 D 경도의 연마 균일성에 대한 영향의 평가 결과를 표 3에 나타낸다.
표 4를 참조하면, JIS D 경도가 56~86의 범위인 실시예 10 또는 실시예 26, 27의 연마층을 이용한 연마 패드는, JIS D 경도가 46인 실시예 28의 연마층에 비해, 연마 균일성의 변동 계수가 현저하게 낮아, 연마 균일성이 특히 우수한 것을 알 수 있다.
[실시예 29~39 및 비교예 14~24]
제조예 1에서 얻어진 연마층용 시트의 일면인 연마면에, 표 5 및 표 6에 기재된 형상의 패턴을 가지는 홈을 절삭 가공으로 형성했다. 또한, 실시예 30 및 실시예 32에 있어서는, 동심원의 중심이 연마면의 중심으로부터 15㎜ 편심한 동심원 홈을 형성했다. 이 때, 동심원 홈의 중심은 연마면의 중심으로부터 반경에 대하여 약 4%의 거리가 떨어진 위치였다. 또한, 방사 홈의 중심은 동심원 홈의 중심에 일치하고 있었다. 또한, 각 실시예에 있어서의 홈은, 직사각형 형상의 단면의 코너가 챔퍼링된 Y자 형상, 역사다리꼴 형상, 또는 직사각형 형상이었다. 그리고, 각 홈의 홈 폭 및 홈의 단면적, 홈 피치, 깊이를 상기 서술한 방법과 마찬가지로 하여 측정했다.
그리고, 연마층의 연마면에 대한 이면에 쿠션층을 양면 점착 시트로 첩합하여 복층형의 연마 패드를 작성했다. 쿠션층으로서는, 두께 0.8㎜의 발포 폴리우레탄제 시트인 (주)이노악코포레이션제 「포론 H48」을 이용했다. 그리고, 얻어진 연마 패드의 연마 특성을 다음의 평가 방법에 의해 평가했다.
<연마 속도>
얻어진 연마 패드를 (주)에바라제작소제의 연마 장치 「FREX-300」에 장착했다. 그리고, Cabot Microelectronics제의 슬러리 「SEMI-SPERSE 25」를 2배로 희석하여 조정한 슬러리를 준비하고, 플래튼 회전수 100rpm, 헤드 회전수 99rpm, 연마 압력 20.0kPa의 조건에 있어서, 200mL/분의 속도로 슬러리를 연마 패드의 연마면에 공급하면서 막 두께 2000nm의 산화 규소막을 표면에 가지는 직경 12인치의 실리콘 웨이퍼를 60초간 연마했다.
그리고, 패드 컨디셔너((주)얼라이드 머티리얼제의 다이아몬드 드레서(다이아몬드 번수 #100 블로키, 대금 직경 19cm))를 이용하고, 드레서 회전수 70rpm, 연마 패드 회전수 100rpm, 드레서 하중 20N의 조건으로, 150mL/분의 속도로 순수를 흘려보내면서, 연마 패드의 표면을 30초간 컨디셔닝했다. 그리고, 별도의 실리콘 웨이퍼를 다시 연마하고, 추가로, 30초간 컨디셔닝을 행했다. 그리고, 60초간의 연마 후, 연마 패드의 컨디셔닝을 30초간 행했다. 그리고, 별도의 실리콘 웨이퍼를 다시 연마하고, 추가로, 30초간 컨디셔닝을 행했다. 이와 같이 하여 10매의 실리콘 웨이퍼를 연마했다.
그리고, 10매째로 연마한 실리콘 웨이퍼의 연마 전 및 연마 후의 산화 규소막의 막 두께를 웨이퍼면 내에서 각 49점 측정하고, 각 점에 있어서의 연마 속도(Å/min)를 구했다. 구체적으로는, 49점의 연마 속도의 평균값을 연마 속도라고 했다.
또한, 종래의 일반적인 홈 형상으로 달성 가능했던 연마 속도 2400Å/min을 기준으로 하여, 각 실시예의 연마 속도의 개선율을 이하의 식에 의해 산출했다.
연마 속도의 개선율(%)=연마 속도÷2400×100
결과를 표 5 및 표 6에 나타낸다.
표 5에 나타내는 본 발명과 관련된 실시예 29~39에서 얻어진 연마 패드는, 모두 연마 속도가 높았다. 한편, 표 6에 나타내는 비교예 14~24에서 얻어진 연마 패드는, 모두 연마 속도가 낮았다. 또한, 표 5를 참조하면, 0.1≤Wb/Wa<1.0을 충족시키고, 및, 0.2≤{Wb2/(P×Wa)}×100≤10을 충족시키는 실시예 28~37에서 얻어진 연마 패드는, 특히 연마 속도가 높았다.
1, 11 연마층
10, 20 연마 패드
E1 제 1 단부
E2 제 2 단부
C1~C9 환 형상 홈(동심원 형상 홈)
S1~S8 선분 형상 홈(방사 홈)
H 나선 형상 홈
F 연마면

Claims (12)

  1. 원형의 연마면을 가지는 연마층을 포함하는 연마 패드로서,
    상기 연마면은, 상기 연마면의 중심으로부터 반경에 대하여, 0~10%의 범위인 중앙 영역과, 90~100%의 범위인 주연 영역을 구비하고,
    상기 연마층은,
    상기 중앙 영역으로부터 상기 주연 영역에까지 걸쳐 배치된, 적어도 1조의 나선 형상 홈 또는 동심원 형상으로 배치된 복수의 환 형상 홈으로 이루어지는 동심원 형상 홈을 구비하고, 또한, 상기 중앙 영역에서부터 주연 영역을 향해 연장되는 적어도 2개의 선분 형상 홈으로 이루어지는 방사 홈을 구비하고,
    상기 나선 형상 홈의 중심, 상기 동심원 형상 홈의 중심, 및 상기 방사 홈의 중심은, 상기 중앙 영역에 존재하고,
    상기 선분 형상 홈은, 상기 연마면의 반경에 대하여 30~65%의 비율의 평균 길이를 가지고, 또한, 상기 방사 홈의 중심으로부터 상기 연마면의 반경에 대하여, 5~10%의 거리의 영역에 제 1 단부를, 35~70%의 거리의 영역에 제 2 단부를 가지고,
    상기 선분 형상 홈의 길이 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균인 단면적(Sa)(㎜2)과, 상기 나선 형상 홈 또는 상기 동심원 형상 홈의 접선 방향에 대한 수직인 방향의 단면의 단면적의 평균인 단면적(Sb)(㎜2)이, 0.1≤Sb/Sa<1.0을 충족시키는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    0.25≤Sb/Sa≤0.85를 충족시키는, 연마 패드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    0.44≤Sb/Sa≤0.80을 충족시키는, 연마 패드.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선분 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wa)(㎜)와, 상기 나선 형상 홈 또는 상기 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(㎜)이, 0.1≤Wb/Wa<1.0을 충족시키는, 연마 패드.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선 형상 홈 또는 상기 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(㎜)과, 상기 나선 형상 홈 또는 상기 동심원 형상 홈의 평균 홈 피치(P)(㎜)가, 0.02≤Wb/P≤0.25를 충족시키는, 연마 패드.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 선분 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wa)(㎜)과, 상기 나선 형상 홈 또는 상기 동심원 형상 홈의 폭의 평균인 홈 폭(Wb)(㎜)과, 상기 나선 형상 홈 또는 상기 동심원 형상 홈의 평균 홈 피치(P)(㎜)가, 0.2≤{Wb2/(P×Wa)}×100≤25을 충족시키는, 연마 패드.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 나선 형상 홈을 포함하는 연마 패드.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 동심원 형상 홈을 포함하는 연마 패드.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마층이 열가소성 폴리우레탄을 포함하는 연마 패드.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마층이 비발포체인 연마 패드.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마층은, JIS D 경도가 45~90인 연마 패드.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 연마층은, 밀도가 1.00~1,20g/cm3인 연마 패드.
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