WO2019013523A1 - 연마층과 유사 경도를 갖는 윈도우를 포함하는 연마패드 - Google Patents

연마층과 유사 경도를 갖는 윈도우를 포함하는 연마패드 Download PDF

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류준성
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P50/00—Etching of wafers, substrates or parts of devices
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10P—GENERIC PROCESSES OR APPARATUS FOR THE MANUFACTURE OR TREATMENT OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10P52/00—Grinding, lapping or polishing of wafers, substrates or parts of devices
    • H10P52/40—Chemomechanical polishing [CMP]
    • H10P52/402—Chemomechanical polishing [CMP] of semiconductor materials

Definitions

  • An embodiment is directed to a polishing pad comprising a window having a hardness similar to that of the polishing layer, wherein the polishing pad comprises a window having a hardness and polishing rate similar to that of the polishing layer, during a chemical mechanical planarization (CMP) process
  • CMP chemical mechanical planarization
  • CMP polishing pad is an essential material that plays an important role in CMP process during semiconductor manufacturing process and plays an important role in realizing CMP performance.
  • the CMP process is a process for planarizing the surface to be bonded of a semiconductor wafer to facilitate the subsequent machining.
  • Many endpoint detection techniques have been proposed to determine when a semiconductor wafer has been polished to a desired degree in such a CMP process. For example, a technique has been proposed in which a semiconductor wafer is optically inspected to determine a polishing end point.
  • the optical inspection can be performed by forming a transparent window on the polishing pad, which can detect polishing conditions, etc., using an optical signal such as a laser through the window, and detecting the end point through the change of the reflectance of the surface during the planarization process .
  • the window is generally made transparent without a microstructure and a pattern in order to increase the transmittance (refer to Korean Patent No. 10-0707959).
  • the structural characteristics of such a window due to the structural characteristics of such a window, differences in physical properties such as polishing rate and hardness of the polishing layer and the window occur during the CMP process, which may cause surface defects such as scratches on the wafer during the CMP process.
  • an object of the embodiment is to provide a polishing pad capable of preventing the occurrence of surface defects such as scratches on a semiconductor wafer during a CMP process, including a window having hardness and polishing speed similar to those of the polishing layer.
  • a polishing pad comprising: an abrasive layer having a through hole formed therein; And a window inserted into the through hole, wherein the wetting hardness difference between the window and the abrasive layer is from 0.1 Shore D to 12 Shore D, and the wet hardness is measured after immersing in water for 30 minutes
  • a polishing pad is provided which has a surface hardness.
  • the polishing pad according to this embodiment can prevent the occurrence of surface defects such as scratches on the semiconductor wafer during the CMP process by including a window having hardness and polishing speed similar to those of the polishing layer.
  • polishing layer and the window of the polishing pad according to the above embodiment are similar in hardness change rate with temperature, so that similar hardness can be maintained by changing temperature during the CMP process.
  • Figures 1 and 2 are cross-sectional views of an embodiment of the polishing pad.
  • 101 abrasive layer
  • 102 window
  • 103 adhesive layer
  • 104 abrasive layer
  • 201 through hole or first through hole
  • 202 second through hole
  • 203 third through hole
  • the polishing pad includes: an abrasive layer having a through-hole; And a window inserted into the through hole wherein the difference in wet hardness between the window and the abrasive layer is from 0.1 Shore D to 12 Shore D and the wet hardness is the surface hardness measured after immersing in water for 30 minutes .
  • the polishing pad of one embodiment includes an abrasive layer 101 having a through-hole 201 formed therein; And a window (102) inserted in the through hole.
  • the window may have a wetting hardness in the temperature range of 30 ° C to 70 ° C of 50 Shore D to 75 Shore D. Specifically, the window has a wet hardness in the temperature range of 30 ° C to 70 ° C of from 50 Shore D to 65 Shore D, 52 Shore D to 65 Shore D, 52 Shore D to 63 Shore D, or 60 Shore D to 75 Shore D Lt; / RTI >
  • the window may have a wet hardness at 30 C of 60 Shore D to 75 Shore D. Further, the window may have a wet hardness at 50 DEG C of 56 Shore D to 68 Shore D. Further, the window may have a wet hardness at 70 DEG C of from 50 Shore D to 66 Shore D. Specifically, the window has a wet hardness at 30 ° C of 60 Shore D to 63 Shore D, a wet hardness at 50 ° C of 55 Shore D to 58 Shore D, a wet hardness at 70 ° C of 50 Shore D to 53 Shore D can be.
  • the window has a wet hardness reduction rate in the temperature range of 30 DEG C to 70 DEG C of from 20 Shore D / DEG C to 25 Shore D / DEG C, and the wet hardness reduction ratio can be calculated by the following equation.
  • the window may have a wet hardness reduction rate of from 30 Shore D / ⁇ ⁇ to 23 Shore D / ⁇ ⁇ in the temperature range of 30 ⁇ ⁇ to 70 ⁇ ⁇ .
  • the window may be formed from a window composition comprising a second urethane-based prepolymer and a curing agent.
  • the content of the unreacted isocyanate group (NCO) of the second urethane prepolymer may be 8.1 wt% to 9.0 wt%.
  • the content of the unreacted isocyanate group (NCO) of the second urethane prepolymer may be 8.5 wt% to 9.0 wt%.
  • prepolymer generally means a polymer having a relatively low molecular weight in which a degree of polymerization is interrupted at an intermediate stage in order to easily form a final molded product.
  • the prepolymer can be molded on its own or after reacting with other polymerizable compounds.
  • the urethane-based prepolymer is prepared by reacting an isocyanate compound with a polyol, and may include an unreacted isocyanate group (NCO).
  • the curing agent may be at least one of an amine compound and an alcohol compound.
  • the curing agent may include one or more compounds selected from the group consisting of aromatic amines, aliphatic amines, aromatic alcohols, and aliphatic alcohols.
  • the curing agent may be selected from the group consisting of 4,4'-methylenebis (2-chloroaniline) (MOCA), diethyltoluenediamine, diaminodiphenyl methane, diaminodiphenylsulphone ), m-xylylenediamine, isophoronediamine, ethylenediamine, diethylenetriamine, triethylenetetramine, polypropylenediamine, poly But are not limited to, polypropylenetriamine, ethyleneglycol, diethyleneglycol, dipropyleneglycol, butanediol, hexanediol, glycerine, trimethylolpropane, And bis (4-amino-3-chlorophenyl) methane).
  • MOCA 4,4'-methylenebis (2-chloroaniline)
  • diethyltoluenediamine diethyltoluenediamine
  • diaminodiphenyl methane dia
  • the window may have the same size as the through hole of the abrasive layer.
  • the window is a non-foam and no microbubbles are present in the window, the possibility of the polishing liquid penetrating into the polishing pad is reduced, thereby improving the precision of optical endpoint detection and preventing damage to the light transmitting region.
  • the window may have a light transmittance of 20% or more, or 30% or more, for light of 400 nm to 700 nm.
  • the abrasive layer may have a wet hardness of 45 Shore D to 65 Shore D at a temperature range of 30 ⁇ to 70 ⁇ . Specifically, the abrasive layer may have a wet hardness in the temperature range of 30 to 70 ⁇ ⁇ of 50 Shore D to 65 Shore D, or 50 Shore D to 61 Shore D.
  • the abrasive layer may have a wet hardness at 30 ° C of 55 Shore D to 65 Shore D. Also, the abrasive layer may have a wet hardness at 50 DEG C of from 50 Shore D to 60 Shore D. Further, the abrasive layer may have a wet hardness at 70 ⁇ of 45 Shore D to 55 Shore D. Specifically, the abrasive layer has a wet hardness at 30 ° C of 55 Shore D to 61 Shore D, a wet hardness at 50 ° C of 53 Shore D to 56 Shore D, a wet hardness at 70 ° C of 50 Shore D 53 Shore D.
  • the abrasive layer has a wet hardness reduction rate in the temperature range of 30 to 70 ⁇ ⁇ of 20 Shore D / ⁇ ⁇ to 30 Shore D / ⁇ ⁇ , and the wet hardness reduction ratio can be calculated by the following equation.
  • the abrasive layer may have a wet hardness reduction rate in the temperature range of 30 to 70 ⁇ ⁇ of 23 Shore D / ⁇ ⁇ to 27 Shore D / ⁇ ⁇ .
  • the abrasive layer may be formed from a polishing layer composition comprising a first urethane-based prepolymer, a hardener and a foaming agent.
  • the content of the unreacted isocyanate group (NCO) of the first urethane prepolymer may be 7.5 wt% to 9.5 wt%.
  • the content of the unreacted isocyanate group (NCO) of the first urethane prepolymer may be from 8.0 wt% to 8.5 wt%.
  • the urethane-based prepolymer may be prepared by reacting an isocyanate compound with a polyol, and may include an unreacted isocyanate group (NCO).
  • the difference in content of the unreacted isocyanate groups (NCO) of the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer may be 0.4 wt% to 1.0 wt%.
  • the difference in content of unreacted isocyanate groups (NCO) between the first urethane prepolymer and the second urethane prepolymer may be 0.5 wt% to 0.8 wt%.
  • the curing agent is as described in the above window.
  • the foaming agent is not particularly limited as long as it is commonly used for forming voids in the polishing pad.
  • the foaming agent may be at least one selected from the group consisting of a solid foaming agent having a void, a liquid foaming agent filled with a volatile liquid, and an inert gas.
  • the thickness of the abrasive layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.8 mm to 5.0 mm, 1.0 mm to 4.0 mm, or 1.0 mm to 3.0 mm.
  • the abrasive layer is formed from a polishing layer composition comprising a first urethane-based prepolymer, a curing agent and a foaming agent
  • the window is formed from a window composition comprising a second urethane-based prepolymer and a curing agent, and the first urethane-
  • the difference in the content of the unreacted isocyanate group (NCO) of the second urethane prepolymer may be 0.4% by weight to 1.0% by weight.
  • the content of the unreacted isocyanate group (NCO) in the first urethane prepolymer is 7.5 wt% to 9.5 wt%
  • the content of the unreacted isocyanate group (NCO) in the second urethane prepolymer is 8.1 wt% to 9.0 wt% Lt; / RTI >
  • the wetting hardness difference between the window and the abrasive layer can be from 0.1 Shore D to 12 Shore D. Specifically, the wetting hardness difference between the window and the abrasive layer may be between 0.1 Shore D and 10 Shore D. More specifically, the wetting hardness of the window is less than the wetting hardness of the abrasive layer by from 0.1 Shore D to 10 Shore D, from 0.1 Shore D to 8 Shore D, from 0.5 Shore D to 8 Shore D, or from 1 Shore D to 5 Shore D It can be bigger.
  • the wetting hardness difference between the window and the polishing layer is within the above range, it is advantageous to prevent the surface damage of the wafer during the CMP process and minimizes the occurrence of errors in the end point detection due to penetration of the polishing liquid into the polishing pad by the deformation of the window .
  • the polishing layer has a wetting hardness in a temperature range of 30 to 70 ⁇ ⁇ of 45 Shore D to 65 Shore D and a wetting hardness in a temperature range of 30 ⁇ ⁇ to 70 ⁇ ⁇ of 50 Shore D to 75 Shore D.
  • the difference between the wet hardness reduction rate of the window and the abrasive layer may be between 1 Shore D / ⁇ ⁇ and 5 Shore D / ⁇ ⁇ , wherein the wet hardness reduction ratio can be calculated by Equation (1).
  • the difference in the wet hardness reduction rate between the window and the abrasive layer is from 1 Shore D / ⁇ ⁇ to 3 Shore D / ⁇ ⁇ , 2 Shore D / ⁇ ⁇ to 4 Shore D / ⁇ ⁇ , or 3 Shore D / ⁇ ⁇ to 5 Shore D / Lt; 0 > C.
  • the polishing pad may have a hardness deviation of 0.1% to 13% between the window and the polishing layer at a temperature range of 30 ° C to 70 ° C, and the hardness deviation may be calculated by the following equation (2). Specifically, the polishing pad may have a hardness deviation of 0.1 to 10%, 0.5% to 10%, 1% to 8%, or 2% to 7% in the window and the abrasive layer in the temperature range of 30 to 70 ° C .
  • the wear rate of the window may be equal to or slightly higher than the wear rate of the abrasive layer. In this case, it is possible to prevent a problem that scratches are generated on the wafer to be polished by protruding only the window portion after polishing progress for a predetermined period of time.
  • the abrasion rate of the abrasive layer may be 80% to 100% of the abrasion rate of the window. More specifically, the abrasion rate of the abrasive layer may be 90% to 100% of the abrasion rate of the window.
  • the abrasion rate was measured by using an abrasion tester (Model No. 174 of Taber Co.) using a load of 1,000 g, abrasive wheel H-22, 1,000 revolutions of the abraded weight after polishing Can be calculated as a percentage.
  • PUGL-450D product of SKC having an unreacted NCO content of 8.0 wt% was charged in the prepolymer tank in a casting machine equipped with a urethane-based prepolymer, a curing agent, an inert gas and a reaction rate controlling agent input line, (4-amino-3-chlorophenyl) methane (product of Ishihara) was filled in the reaction vessel and Al (manufactured by Airproduct Co., Ltd.) (Ar).
  • the urethane-based prepolymer, the curing agent, the inert gas, and the reaction rate regulator were added to the mixing head at a constant rate through the respective injection lines, and stirred.
  • the molar equivalent of the NCO group of the urethane prepolymer and the molar equivalent of the reactive group of the curing agent were adjusted to 1: 1, and the total charge was maintained at a rate of 10 kg / min.
  • 0.5 parts by weight of a reaction rate regulator was added to 100 parts by weight of the urethane prepolymer, and argon gas was introduced in a volume of 20% of the total volume of the urethane prepolymer.
  • the stirred raw material was discharged into a mold (1,000 mm in width, 1,000 mm in height, and 3 mm in height) and solidified to obtain a sheet-shaped abrasive layer.
  • the abrasive layer was subjected to a surface cutting process and adjusted to an average thickness of 2 mm.
  • PUGL-500D manufactured by SKC Co., Ltd.
  • SKC Co., Ltd. having an unreacted NCO content of 8.5 wt% was used as the urethane prepolymer, and the other stirred raw material was fed into a mold (1,000 mm in width, Height: 50 mm), a window in the form of a cake was obtained in the same manner as in the above step 1-1.
  • a sheet-shaped window was prepared to produce windows of 20 mm width, 60 mm length and 1.9 mm thickness.
  • a non-woven type support layer (manufacturer: PTS, product name: ND-5400H) having a thickness of 1.1 T was used.
  • the abrasive layer obtained in the above step 1-1 was punched to a width of 20 mm and a length of 60 mm to form a first through hole.
  • the support layer obtained in the above step 1-3 was punched to a width of 16 mm and a length of 56 mm, Holes were formed.
  • the abrasive layer was thermally fused to one side of the support layer at 120 DEG C using a hot-melt film (manufacturer: SKC, product name: TF-00).
  • a double-sided adhesive tape (manufacturer: 3M, product name: 442JS) was attached to the other surface of the support layer, and the double-sided adhesive tape was cut and removed by the second through hole to form a third through hole.
  • the window obtained in step 1-2 was inserted into the first through-hole and adhered to the double-sided adhesive tape to produce a polishing pad (see Fig. 2).
  • a polishing pad was prepared in the same manner as in Example 1, except that PUGL-550D (manufactured by SKC) having an unreacted NCO content of 9.1 wt% was used as a urethane-based prepolymer in the production of a window.
  • a polishing pad was prepared in the same manner as in Example 1, except that PUGL-450D (manufactured by SKC Co.) having an unreacted NCO content of 8.0 wt% was used as a urethane-based prepolymer in the production of a window.
  • PUGL-450D manufactured by SKC Co.
  • the abrasive layer and window prepared in Examples 1 and 2 and Comparative Example 1 were cut into a size of 2 cm x 2 cm (thickness: 2 mm), immersed in water at 30 deg. C, 50 deg. C or 70 deg. C, The hardness was measured using a hardness meter (D-type hardness meter). The measurement results are shown in Table 1 below.
  • the polishing pads of Examples 1 and 2 had a wet hardness difference of less than 12 Shore D between the polishing layer and the window. Particularly, the polishing pad of Example 1 exhibited a difference in wet hardness between the polishing layer and the window was very small, less than 3 Shore D. On the other hand, in the polishing pad of Comparative Example 1, the difference in wet hardness between the polishing layer and the window was measured to a maximum of 16.4 Shore D. When the CMP process was performed with the polishing pad of Comparative Example 1, surface defects such as scratches There may be a problem.
  • the polishing pad of Example 1 the hardness deviation of the polishing layer and the window was remarkably small, less than 6%, but the polishing pad of Comparative Example 1 had a very high hardness deviation of the polishing layer and window of at most 30% or more.
  • polishing pads of Examples 1 and 2 were similar in the rate of decreasing the wet hardness of the polishing layer and the window, so that it was possible to maintain a similar hardness even by the temperature changed during the CMP process, and the occurrence of surface defects such as scratches There is an effect to be prevented.
  • the polishing pad of Comparative Example 1 had a wet hardness reduction ratio of the polishing layer and the window of at least 20 Shore D / ⁇ ⁇ .

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Abstract

구현예는 연마층과 유사 경도를 갖는 윈도우를 포함하는 연마패드에 관한 것으로서, 상기 연마패드는 연마층과 유사한 경도 및 연마 속도를 갖는 윈도우를 포함하여 CMP 공정 중 발생하는 웨이퍼의 스크래치 등의 표면 결함을 방지하는 효과가 있다. 또한, 상기 연마패드의 연마층과 윈도우는 온도에 따른 경도 변화율이 유사하여, CMP 공정 중 변화되는 온도에 의해서도 유사한 경도를 유지할 수 있다.

Description

연마층과 유사 경도를 갖는 윈도우를 포함하는 연마패드
구현예는 연마층과 유사 경도를 갖는 윈도우를 포함하는 연마패드에 관한 것으로서, 상기 연마패드는 연마층과 유사한 경도 및 연마 속도를 갖는 윈도우를 포함하여 화학적 기계적 평탄화(chemical mechanical planarization, CMP) 공정 중 발생하는 웨이퍼의 스크래치를 방지하는 효과가 있다.
CMP 연마패드는 반도체 제조공정 중 CMP 공정에서 중요한 역할을 담당하는 필수적인 자재로서, CMP 성능 구현에 중요한 역할을 담당하고 있다. 상기 CMP 공정은 반도체 웨이퍼의 피착면을 평탄화함으로써 후속 가공의 편의성을 도모하는 공정이다. 이러한 CMP 공정에서 반도체 웨이퍼가 원하는 정도로 연마되었을 때를 결정하는 종점 검출 기술이 다수 제안되었다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼를 광학적으로 검사하여 연마 종점을 결정하는 기술이 제안되었다. 상기 광학적 검사는 연마 상황 등을 검지할 수 있는 투명한 윈도우를 연마패드에 형성하여 상기 윈도우를 통해 레이저 등과 같은 광학 신호를 사용하여 수행 가능하며, 평탄화 공정 중에 표면의 반사율 변화를 통하여 종점을 검출하게 된다.
상기 윈도우는 일반적으로 투과율을 높이기 위해 연마층과 달리 미세 구조 및 패턴이 없이 투명하게 제조된다(대한민국 등록특허 제10-0707959호 참조). 그러나, 이러한 윈도우의 구조적 특성 때문에 CMP 공정 중 연마층과 윈도우의 연마 속도 및 경도 등과 같은 물성 차이가 발생하고, 이로 인해 CMP 공정 중 웨이퍼에 스크래치 등과 같은 표면 결함을 야기할 수 있다.
따라서, 구현예의 목적은 연마층과 유사한 경도 및 연마 속도를 갖는 윈도우를 포함하여, CMP 공정 중 반도체 웨이퍼에 스크래치 등과 같은 표면 결함 발생을 방지할 수 있는 연마패드를 제공하는 것이다.
일 구현예에 따르면, 관통홀이 형성된 연마층; 및 상기 관통홀 내에 삽입된 윈도우;를 포함하며, 상기 윈도우와 상기 연마층의 습윤 경도 차이가 0.1 쇼어 D 내지 12 쇼어 D(shore D)이고, 상기 습윤 경도는 물에 30 분간 침지한 후 측정한 표면경도인, 연마패드가 제공된다.
상기 구현예에 따른 연마패드는 연마층과 유사한 경도 및 연마 속도를 갖는 윈도우를 포함하여, CMP 공정 중 반도체 웨이퍼에 스크래치 등과 같은 표면 결함 발생을 방지할 수 있다.
또한, 상기 구현예에 따른 연마패드의 연마층과 윈도우는 온도에 따른 경도 변화율이 유사하여, CMP 공정 중 변화되는 온도에 의해서도 유사한 경도를 유지할 수 있다.
도 1 및 2는 일 구현예의 연마패드의 단면도이다.
<부호의 설명>
101: 연마층, 102: 윈도우, 103: 접착층, 104: 지지층,
201: 관통홀 또는 제1 관통홀, 202: 제2 관통홀, 203: 제3 관통홀,
일 구현예에 따른 연마패드는, 관통홀이 형성된 연마층; 및 상기 관통홀 내에 삽입된 윈도우;를 포함하며, 여기서 상기 윈도우와 상기 연마층의 습윤 경도 차이가 0.1 쇼어 D 내지 12 쇼어 D이고, 상기 습윤 경도는 물에 30 분간 침지한 후 측정한 표면경도이다.
도 1을 참조하면, 일 구현예의 연마패드는 관통홀(201)이 형성된 연마층(101); 및 상기 관통홀 내에 삽입된 윈도우(102);를 포함한다.
윈도우
상기 윈도우는 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 75 쇼어 D일 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우는 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 65 쇼어 D, 52 쇼어 D 내지 65 쇼어 D, 52 쇼어 D 내지 63 쇼어 D, 또는 60 쇼어 D 내지 75 쇼어 D일 수 있다.
상기 윈도우는 30 ℃에서의 습윤 경도가 60 쇼어 D 내지 75 쇼어 D일 수 있다. 또한, 상기 윈도우는 50 ℃에서의 습윤 경도가 56 쇼어 D 내지 68 쇼어 D일 수 있다. 나아가, 상기 윈도우는 70 ℃에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 66 쇼어 D일 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우는 30 ℃에서의 습윤 경도가 60 쇼어 D 내지 63 쇼어 D이고, 50 ℃에서의 습윤 경도가 55 쇼어 D 내지 58 쇼어 D이며, 70 ℃에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 53 쇼어 D일 수 있다.
상기 윈도우는 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도 감소율이 20 쇼어 D/℃ 내지 25 쇼어 D/℃이며, 상기 습윤 경도 감소율은 하기 수학식 1로 계산될 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우는 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도 감소율이 21 쇼어 D/℃ 내지 23 쇼어 D/℃일 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018007805-appb-I000001
상기 윈도우는 제2 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 포함하는 윈도우 조성물로부터 형성된 것일 수 있다. 상기 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량은 8.1 중량% 내지 9.0 중량%일 수 있다. 구체적으로, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량은 8.5 중량% 내지 9.0 중량%일 수 있다.
프리폴리머(prepolymer)란 일반적으로 일종의 최종 성형품을 제조함에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 성형할 수 있다. 구체적으로, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조된 것으로서, 미반응 이소시아네이트기(NCO)를 포함할 수 있다.
상기 경화제는 아민 화합물 및 알콜 화합물 중 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 및 지방족 알콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenyl methane), 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenyl sulphone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 에틸렌글리콜(ethyleneglycol), 디에틸렌글리콜(diethyleneglycol), 디프로필렌글리콜(dipropyleneglycol), 부탄디올(butanediol), 헥산디올(hexanediol), 글리세린(glycerine), 트리메틸올프로판(trimethylolpropane) 및 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane)으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.
상기 윈도우는 상기 연마층의 관통홀과 동일한 크기를 가질 수 있다.
상기 윈도우는 무발포체이며, 윈도우 내에 미세 기포가 존재하지 않으므로, 연마액이 연마패드 내로 침투하는 가능성이 줄어들고, 이로써 광학적 종점 검출의 정밀도가 향상되고 광투과 영역의 손상을 방지할 수 있다.
상기 윈도우는 400 nm 내지 700 nm의 광에 대한 광투과율이 20 % 이상, 또는 30 % 이상일 수 있다.
연마층
상기 연마층은 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도가 45 쇼어 D 내지 65 쇼어 D일 수 있다. 구체적으로, 상기 연마층은 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 65 쇼어 D, 또는 50 쇼어 D 내지 61 쇼어 D일 수 있다.
상기 연마층은 30 ℃에서의 습윤 경도가 55 쇼어 D 내지 65 쇼어 D일 수 있다. 또한, 상기 연마층은 50 ℃에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 60 쇼어 D일 수 있다. 나아가, 상기 연마층은 70 ℃에서의 습윤 경도가 45 쇼어 D 내지 55 쇼어 D일 수 있다. 구체적으로, 상기 연마층은 30 ℃에서의 습윤 경도가 55 쇼어 D 내지 61 쇼어 D이고, 50 ℃에서의 습윤 경도가 53 쇼어 D 내지 56 쇼어 D이며, 70 ℃에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 53 쇼어 D일 수 있다.
상기 연마층은 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도 감소율이 20 쇼어 D/℃ 내지 30 쇼어 D/℃이며, 상기 습윤 경도 감소율은 하기 수학식 1로 계산될 수 있다. 구체적으로, 상기 연마층은 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도 감소율이 23 쇼어 D/℃ 내지 27 쇼어 D/℃일 수 있다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018007805-appb-I000002
상기 연마층은 제1 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 연마층 조성물로부터 형성된 것일 수 있다. 상기 제1 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량은 7.5 중량% 내지 9.5 중량%일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량은 8.0 중량% 내지 8.5 중량%일 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조된 것으로서, 미반응 이소시아네이트기(NCO)를 포함할 수 있다.
상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 상기 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량 차이가 0.4 중량% 내지 1.0 중량%일 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 상기 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량 차이가 0.5 중량% 내지 0.8 중량%일 수 있다.
상기 경화제는 상기 윈도우에서 설명한 바와 같다.
상기 발포제는 연마패드의 공극 형성에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 상기 발포제는 공극을 가지는 고상발포제, 휘발성 액체가 채워져 있는 액상발포제 및 불활성 가스로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 연마층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 예를 들어, 0.8 mm 내지 5.0 mm, 1.0 mm 내지 4.0 mm, 또는 1.0 mm 내지 3.0 mm일 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 연마층이 제1 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 연마층 조성물로부터 형성된 것이며, 상기 윈도우가 제2 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 포함하는 윈도우 조성물로부터 형성된 것이고, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량 차이가 0.4 중량% 내지 1.0 중량%일 수 있다.
또한, 상기 제1 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 7.5 중량% 내지 9.5 중량%이고, 상기 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 8.1 중량% 내지 9.0 중량%일 수 있다.
윈도우와 연마층의 물성
상기 윈도우와 상기 연마층의 습윤 경도 차이는 0.1 쇼어 D 내지 12 쇼어 D 일 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우와 상기 연마층의 습윤 경도 차이는 0.1 쇼어 D 내지 10 쇼어 D일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 윈도우의 습윤 경도는 상기 연마층의 습윤 경도보다 0.1 쇼어 D 내지 10 쇼어 D, 0.1 쇼어 D 내지 8 쇼어 D, 0.5 쇼어 D 내지 8 쇼어 D, 또는 1 쇼어 D 내지 5 쇼어 D 만큼 더 클 수 있다.
윈도우와 연마층의 습윤 경도 차이가 상기 범위 내일 경우, CMP 공정 중 웨이퍼의 표면 손상을 방지하는데 유리하고, 윈도우의 변형에 의해 연마패드 내로 연마액이 침투하여 종점 검출시 오류가 발생하는 것을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 연마층은 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서의 습윤 경도가 45 쇼어 D 내지 65 쇼어 D이고, 상기 윈도우는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 75 쇼어 D일 수 있다.
또한, 상기 윈도우와 연마층의 습윤 경도 감소율의 차이는 1 쇼어 D/℃ 내지 5 쇼어 D/℃일 수 있고, 이때 습윤 경도 감소율은 상기 수학식 1로 계산될 수 있다. 구체적으로, 상기 윈도우와 연마층의 습윤 경도 감소율의 차이는 1 쇼어 D/℃ 내지 3 쇼어 D/℃, 2 쇼어 D/℃ 내지 4 쇼어 D/℃, 또는 3 쇼어 D/℃ 내지 5 쇼어 D/℃일 수 있다.
상기 연마패드는 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서 윈도우와 연마층의 경도 편차가 0.1 % 내지 13 %이고, 상기 경도 편차는 하기 수학식 2로 계산될 수 있다. 구체적으로, 상기 연마패드는 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서 윈도우와 연마층의 경도 편차가 0.1 % 내지 10 %, 0.5 % 내지 10 %, 1 % 내지 8 %, 또는 2 % 내지 7 %일 수 있다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2018007805-appb-I000003
윈도우와 연마층의 습윤 경도 편차가 상기 범위 내일 경우, CMP 공정 중 변화되는 온도에 의해서도 유사한 경도를 유지할 수 있어, CMP 공정 중 웨이퍼에 스크래치 등과 같은 표면 결함 발생을 더욱 방지할 수 있다.
상기 윈도우의 마모율은 상기 연마층의 마모율과 같거나 약간 높을 수 있다. 이 경우, 일정시간의 연마 진행 후 윈도우 부분만 돌출되어 연마되는 웨이퍼에 스크래치를 발생시키는 문제를 방지할 수 있다. 구체적으로, 상기 연마층의 마모율은 상기 윈도우의 마모율의 80 % 내지 100 %일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 연마층의 마모율은 상기 윈도우의 마모율의 90 % 내지 100 %일 수 있다.
이때, 상기 마모율은 마모시험기(예: 테이버사의 모델명 174)를 이용하여 하중 1,000 g, 마모륜 H-22, 1,000 회 회전을 통해 연마 시에, 연마 전의 중량에 대비한 연마 후의 마모된 중량의 백분율로 계산될 수 있다.
이하, 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 예시를 위한 것일 뿐, 이들로 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 연마패드의 제작
1-1: 연마층의 제조
우레탄계 프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 및 반응속도 조절제 투입 라인이 구비된 캐스팅 장비에서, 프리폴리머 탱크에 미반응 NCO의 함량이 8.0 중량%인 PUGL-450D(SKC사 제품)를 충진하고, 경화제 탱크에 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane, Ishihara사 제품)을 충진하고, 반응속도 조절제로는 A1(Airproduct사 제품)를 준비하고, 불활성 가스로는 아르곤(Ar)을 준비했다.
상기 각각의 투입 라인을 통해 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 및 반응속도 조절제를 믹싱 헤드에 일정한 속도로 투입하면서 교반하였다. 이때, 우레탄계 프리폴리머의 NCO기의 몰 당량과 경화제의 반응성 기의 몰 당량을 1:1로 맞추고 합계 투입량을 10 kg/분의 속도로 유지하였다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부에 대하여 0.5 중량부의 반응속도 조절제를 혼입하고, 상기 우레탄계 프리폴리머 총 부피의 20 %의 부피로 아르곤 가스를 투입하였다. 교반된 원료를 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 3 mm)에 토출하고, 고상화시켜 시트 형태의 연마층을 얻었다.
이후 상기 연마층은 표면 절삭 과정을 거쳐 평균 두께 2 mm로 조절되었다.
1-2: 윈도우의 제조
우레탄계 프리폴리머로 미반응 NCO의 함량이 8.5 중량%인 PUGL-500D(SKC사 제품)을 사용하고, 원료 중 불활성 가스를 투입하지 않고, 그 외 교반된 원료를 몰드(가로 1,000 mm, 세로 1,000 mm, 높이 50 mm)에 토출한 것을 제외하고는, 상기 단계 1-1과 동일한 방법으로 케이크(cake) 형태의 윈도우를 얻었다.
이후 상기 케이크를 절삭하여 평균 두께 1.9 mm의 시트 형태의 20 장의 윈도우를 얻었다. 상기 시트 형태의 윈도우를 타발하여 가로 20 mm, 세로 60 mm 및 두께 1.9 mm의 윈도우를 제조하였다.
1-3: 지지층
1.1 T 두께의 부직포 타입의 지지층(제조사: PTS, 제품명: ND-5400H)을 사용하였다.
1-4: 연마패드의 제조
상기 단계 1-1에서 얻은 연마층을 가로 20 mm 및 세로 60 mm로 타공하여 제1 관통홀을 형성하고, 상기 단계 1-3에서 얻은 지지층을 가로 16 mm 및 세로 56 mm로 타공하여 제2 관통홀을 형성하였다. 이후 상기 지지층의 일면에 상기 연마층을 핫멜트 필름(제조사: SKC, 제품명: TF-00)을 이용하여 120 ℃에서 열 융착하였다. 상기 지지층의 타면에 양면 접착테이프(제조사: 3M, 제품명: 442JS)를 부착하고, 상기 제2 관통홀 만큼 상기 양면 접착테이프를 절삭하고 제거하여 제3 관통홀을 형성하였다. 상기 제1 관통홀에 상기 단계 1-2에서 얻은 윈도우를 삽입하고 상기 양면 접착테이프에 접착하여 연마패드를 제조하였다(도 2 참조).
실시예 2.
윈도우 제작시 우레탄계 프리폴리머로 미반응 NCO의 함량이 9.1 중량%인 PUGL-550D(SKC사 제품)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.
비교예 1.
윈도우 제작시 우레탄계 프리폴리머로 미반응 NCO의 함량이 8.0 중량%인 PUGL-450D(SKC사 제품)을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하였다.
시험예. 온도별 습윤 경도 측정
실시예 1 및 2, 및 비교예 1에서 제조한 연마층 및 윈도우를 2 cm × 2 cm(두께: 2 mm)의 크기로 자른 후 30 ℃, 50 ℃ 또는 70 ℃의 물에 침지하고 30분 후 경도계(D형 경도계)를 사용하여 경도를 측정하였다. 측정결과는 하기 표 1에 나타냈다.
측정한 습윤 경도로부터 각 온도별로 윈도우와 연마층의 습윤 경도 차이를 계산하고, 경도 편차를 하기 수학식 2로 계산하였으며, 습윤 경도 감소율을 하기 수학식 1로 계산하였다. 계산 결과는 하기 표 1에 나타냈다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2018007805-appb-I000004
[수학식 2]
Figure PCTKR2018007805-appb-I000005
연마층 윈도우
실시예 1 실시예 2 비교예 1
습윤 경도 (shore D) 30 ℃ 60.5 62.2 70.8 68.8
50 ℃ 55.7 57.3 65.9 67.8
70 ℃ 50.2 53.1 61.7 66.6
습윤 경도 차이 (shore D) 30 ℃ - 1.7 10.3 8.8
50 ℃ - 1.6 10.2 12.1
70 ℃ - 2.9 11.5 16.4
경도 편차 (%) 30 ℃ - 2.81 17.02 14.5
50 ℃ - 2.87 18.31 21.7
70 ℃ - 5.78 22.91 32.67
습윤 경도 감소율 (shore D/℃) 25.75 22.75 22.75 5.50
표 1에서 보는 바와 같이, 실시예 1 및 2의 연마패드는 연마층과 윈도우의 습윤 경도 차이가 12 쇼어 D 이하로 작았으며, 특히, 실시예 1의 연마패드는 연마층과 윈도우의 습윤 경도 차이가 3 쇼어 D 이하로 매우 작았다. 반면, 비교예 1의 연마패드는 연마층과 윈도우의 습윤 경도 차이가 최대 16.4 쇼어 D로 측정되었는데, 상기 비교예 1의 연마패드로 CMP 공정을 수행할 경우 웨이퍼 표면에 스크래치 등의 표면 결함이 유발되는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 실시예 1의 연마패드는 연마층과 윈도우의 경도 편차가 6 % 미만으로 현저히 작았으나, 비교예 1의 연마패드는 연마층과 윈도우의 경도 편차가 최대 30 % 이상으로 매우 높았다.
나아가, 실시예 1 및 2의 연마패드는 연마층과 윈도우의 습윤 경도 감소율이 유사하였으며, 이로 인해 CMP 공정 중 변화되는 온도에 의해서도 유사한 경도를 유지할 수 있어, 웨이퍼 표면에 스크래치 등의 표면 결함 발생이 방지되는 효과가 있다. 반면, 비교예 1의 연마패드는 연마층과 윈도우의 습윤 경도 감소율이 20 쇼어 D/℃ 이상의 차이를 가졌다.

Claims (9)

  1. 관통홀이 형성된 연마층; 및
    상기 관통홀 내에 삽입된 윈도우;를 포함하며,
    상기 윈도우와 상기 연마층의 습윤 경도 차이가 0.1 쇼어 D 내지 12 쇼어 D(shore D)이고, 상기 습윤 경도는 물에 30 분간 침지한 후 측정한 표면경도인, 연마패드.
    　
  2. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우는 30 ℃ 내지 70 ℃ 온도 범위에서의 습윤 경도 감소율이 20 쇼어 D/℃ 내지 25 쇼어 D/℃이며, 상기 습윤 경도 감소율이 하기 수학식 1로 계산되는, 연마패드.
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2018007805-appb-I000006
    　
  3. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우와 연마층의 습윤 경도 감소율의 차이가 1 쇼어 D/℃ 내지 5 쇼어 D/℃이고, 상기 습윤 경도 감소율이 하기 수학식 1로 계산되는, 연마패드.
    [수학식 1]
    Figure PCTKR2018007805-appb-I000007
    　
  4. 제1항에 있어서,
    상기 연마패드는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서 윈도우와 연마층의 경도 편차가 0.1 % 내지 13 %이고, 상기 경도 편차가 하기 수학식 2로 계산되는, 연마패드.
    [수학식 2]
    Figure PCTKR2018007805-appb-I000008
    　
  5. 제1항에 있어서,
    상기 윈도우와 상기 연마층의 습윤 경도 차이가 0.1 쇼어 D 내지 10 쇼어 D인, 연마패드.
    　
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연마층은 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서의 습윤 경도가 45 쇼어 D 내지 65 쇼어 D이고,
    상기 윈도우는 30 ℃ 내지 70 ℃의 온도 범위에서의 습윤 경도가 50 쇼어 D 내지 75 쇼어 D인, 연마패드.
    　
  7. 제1항에 있어서,
    상기 연마층이 제1 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 연마층 조성물로부터 형성된 것이며,
    상기 윈도우가 제2 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 포함하는 윈도우 조성물로부터 형성된 것이고,
    상기 제1 우레탄계 프리폴리머와 상기 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량 차이가 0.4 중량% 내지 1.0 중량%인, 연마패드.
    　
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제1 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 7.5 중량% 내지 9.5 중량%이고,
    상기 제2 우레탄계 프리폴리머의 미반응 이소시아네이트기(NCO)의 함량이 8.1 중량% 내지 9.0 중량%인, 연마패드.
    　
  9. 제1항에 있어서,
    상기 연마층의 마모율이 상기 윈도우의 마모율의 80 % 내지 100 %인, 연마패드.
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