WO2021157781A1

WO2021157781A1 - 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드, 그의 제조 장치 및 제조 방법

Info

Publication number: WO2021157781A1
Application number: PCT/KR2020/006076
Authority: WO
Inventors: 안진우; 장수천
Original assignee: 에스케이실트론 주식회사
Priority date: 2020-02-05
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2021-08-12
Also published as: CN115087519A; KR102305796B9; US20230040654A1; JP2023506029A; KR20210099808A; KR102305796B1

Abstract

본 발명은 부직포 패드를 제조하는 단계; 상기 부직포 패드에 폴리우레탄을 함침시키는 폴리우레탄 함침 단계; 및 폴리우레탄이 함침된 부직포 패드의 표면을 연마하는 표면 연마 단계;를 포함하며, 상기 폴리우레탄 함침 단계 및 상기 표면 연마 단계는, 연마 패드의 표층과 내부의 밀도비가 균일해지도록 이루어지는 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.

Description

웨이퍼 연마 장치용 연마 패드, 그의 제조 장치 및 제조 방법

본 발명은 웨이퍼 연마 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 웨이퍼 연마 장치에 사용되는 연마 패드에 관한 것이다.

단결정 실리콘 잉곳(Single Crystal Silicon Ingot)은 일반적으로 초크랄스키법(Czochralski method)에 따라 성장되어 제조된다. 이 방법은 챔버 내의 도가니에서 다결정 실리콘을 용융시키고, 용융된 실리콘에 단결정인 종자 결정(seed crystal)을 담근 후, 이를 서서히 상승시키면서 원하는 지름의 단결정 실리콘 잉곳(이하, 잉곳)으로 성장시키는 방법이다.

단결정 실리콘 웨이퍼(Single Silicon Wafer)의 제조 공정은 상술한 방법을 이용하여 잉곳을 만들기 위한 단결정 성장(Growing) 공정과, 잉곳을 슬라이싱(Slicing)하여 얇은 원판 모양의 웨이퍼를 얻는 슬라이싱(Slicing) 공정과, 슬라이싱 공정에 의해 얻어진 웨이퍼의 깨짐, 일그러짐을 방지하기 위해 그 외주부를 가공하는 에지 연마(Edge Polishing) 공정과, 웨이퍼에 잔존하는 기계적 가공에 의한 손상(Damage)을 제거하여 웨이퍼의 평탄도를 향상시키기 위한 랩핑(Lapping) 공정과, 웨이퍼를 경면화하는 연마(Polishing) 공정과, 연마된 웨이퍼에 부착된 연마제나 이물질을 제거하는 세정(Cleaning) 공정으로 이루어진다.

이 가운데 웨이퍼 연마 공정은 양면 연마 장치(DSP, Double Side Polishing Apparatus)를 이용하여, 웨이퍼의 양면을 동시에 연마할 수 있다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 연마 장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 연마 패드의 평면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 웨이퍼 연마 장치(100)는 상정반(110), 하정반(120), 상부 패드(pad)(또는, 상부 연마 패드)(130), 하부 패드(또는, 하부 연마 패드)(140), 캐리어(carrier)(150), 선 기어(sun gear)(160), 인터널 기어(internal gear)(170) 및 중심축(180)을 포함한다.

상정반(110)과 하정반(120)은 서로 마주보며 회전 가능하도록 배치된다.

상부 패드(130)는 상정반(110)의 아래에 배치되고, 하부 패드(140)는 하정반(120)의 위에 배치된다. 상정반(110)과 하정반(120)의 내측에는 상부 및 하부 패드(130, 140)가 서로 마주보며 배치되면서 웨이퍼(W)를 연마하게 된다.

상정반(110)과 하정반(120) 각각은 원반 형상을 가질 수 있으며, 상정반(110) 및 하정반(120)에 각각 부착되는 상부 및 하부 패드(130, 140) 역시 원반 형상을 가질 수 있다.

선 기어(160)는 중심축(180)의 외주에 설치되며, 인터널 기어(170)는 하정반(120)의 외주에 설치된다. 인터널 기어(170)는 선 기어(160)와 반대 방향으로 회전할 수 있다.

캐리어(150)는 상부 패드(130)와 하부 패드(140) 사이에 배치되어, 선 기어(160)와 인터널 기어(170)의 회전에 의해 회전할 수 있다. 또한, 캐리어(150)는 웨이퍼(W)가 삽입 가능한 삽입공과 슬러리(slurry)가 유입 가능한 슬러리 홀을 갖는다. 캐리어(150)는 외주면에 나사가 형성된 원반 형상일 수 있다.

선 기어(160)의 외주면에 형성된 기어부 및 인터널 기어(170)의 내부면에 형성된 기어부는 캐리어(150)의 외주 면에 형성된 기어(152)와 서로 치합된다. 이에, 상정반(110)과 하정반(120)이 구동원(미도시)에 의해 구동축(180)을 중심으로 회전함에 따라, 캐리어(150)는 자전 및 공전하게 된다.

도시되지는 않았지만, 상정반(110)의 상부에는 슬러리를 공급하는 노즐이 설치되는 다수의 슬러리 공급홀(190)이 관통 형성될 수 있다.

상술한 구성을 갖는 일반적인 웨이퍼 연마 장치(100)는 상정반(110)과 하정반(120)의 사이에 설치된 캐리어(150)의 삽입공에 웨이퍼(W)가 삽입되어 안착되면, 웨이퍼(W)는 상정반(110)과 하정반(120)에 각각 부착된 상부 및 하부 패드(130, 140)와 마찰된다. 이때, 캐리어(140)에 장착된 복수의 웨이퍼(W)의 양면은 상정반(110)의 상부로부터 내측으로 공급되는 슬러리와 연마 패드(130, 140)에 의해 배치(batch) 형태로 마찰 연마된다. 즉, 웨이퍼(W)가 마찰되어 연마되는 것은, 상정반(110)의 상부 패드(130)와 하정반(120)의 하부 패드(140)가 서로 반대되는 방향으로 회전함에 따라 이루어질 수 있다.

그런데 연마 패드(130, 140)는 웨이퍼(W)와의 잦은 마찰에 의해서 연마 패드(130, 140)의 다공성 표면이 변화되고 슬러리 또는 연마 부산물에 의해 표면층이 막히는 글레이징(Glazing)을 야기한다. 이러한 글레이징은 연마 패드(130, 140)의 마찰 계수가 낮아지게 하여 웨이퍼의 연마 품질을 열위시키는 문제가 있다.

따라서 본 발명은 웨이퍼의 연마 공정에서 발생하는 글레이징을 방지하여 웨이퍼의 평탄도 품질을 향상시킬 수 있는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드, 그의 제조 장치 및 제조 방법을 제공하고자 한다.

상기 폴리우레탄 함침 단계는 상기 부직포 패드를 전처리하는 전처리 단계; 상기 부직포 패드의 수분을 건조하는 1차 건조 단계; 상기 부직포 패드를 폴리우레탄에 담그는 함침 단계; 상기 부직포 패드에 함침된 폴리우레탄을 건조시키는 2차 건조 단계; 및 상기 폴리우레탄이 함침된 부직포 패드를 압축하는 압축 과정을 포함할 수 있다.

상기 함침 단계는 적어도 2회의 폴리우레탄 함침 과정을 수행할 수 있다.

상기 함침 단계는 친수성 폴리우레탄에 함침하는 1차 함침 과정; 및 소수성 폴리우레탄에 함침하는 2차 함침 과정을 포함할 수 있다.

상기 표면 연마 단계는, 연마 패드의 표층에서의 상기 폴리우레탄이 함유된 기공층과 함유되지 않은 기공층의 밀도비가 1:1이 되도록 버핑 가공한다.

상기 부직포 패드의 두께는 4 mm 내지 6 mm 이고, 상기 버핑시 제거되는 상기 부직포 패드의 두께는 2.5 mm 내지 3.5 mm 일 수 있다.

상기 연마 패드의 전체 밀도는 0.44 내지 0.55 g/cm³ 일 수 있다.

한편, 본 발명은 부직포 패드를 제조하는 부직포 패드 제조부; 상기 부직포 패드에 폴리우레탄을 함침시키는 폴리우레탄 함침부; 및 폴리우레탄이 함침된 부직포 패드의 표면을 연마하는 표면 연마부;를 포함하며, 상기 폴리우레탄 함침부는 친수성 폴리우레탄을 수용하는 1차 폴리우레탄 수조; 및 소수성 폴리우레탄에 함침하는 2차 폴리우레탄 수조를 포함하는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 장치를 제공한다.

상기 연마 패드의 표층에서의 상기 폴리우레탄이 함유된 기공층과 함유되지 않은 기공층의 밀도비가 1:1이 되도록 버핑 가공할 수 있다.

본 발명은 상기한 어느 하나의 제조 방법 또는 제조 장치로 제조된 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드를 제공한다.

본 발명의 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드, 그의 제조 장치 및 제조 방법에 따르면, 연마 패드의 표층에서 함침되는 폴리우레탄의 밀도를 균일화함으로써 웨이퍼의 연마 공정에서 발생하는 글레이징을 방지하여 웨이퍼의 평탄도 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 연마 패드는 패드 표층의 거칠기(Roughness)가 높게 유지되며, 이로 인해 종래 패드 사용 시간 증가에 따른 연마율(Removal rate) 감소되는 현상을 억제할 수 있으므로 수명을 증가시킬 수 있다.

도 1은 일반적인 웨이퍼 연마 장치의 사시도이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 제조 장치의 개략적인 구성도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 제조 방법에 대한 흐름도이다.

도 4 및 도 5는 도 3의 제조 방법에 따라 연마 패드를 제조하는 공정을 보여주는 공정도이다.

도 6은 폴리우레탄이 함유된 연마 패드의 (a) 버핑 가공 전 (b) 버핑 가공 후의 단면도이다.

도 7은 본 발명의 일 일시예의 연마 패드와 비교예의 연마 패드에서 두께에 따른 밀도 상태를 보여주는 그래프이다.

도 8은 도 7의 연마 패드들의 100 μm 두께에서의 단층 상태를 보여주는 CT 촬영한 정면도이다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "상/위(on)"에 또는 "하/아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상/위(on)"와 "하/아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 또한 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 또한 동일한 참조번호는 도면의 설명을 통하여 동일한 요소를 나타낸다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예를 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 제조 장치의 개략적인 구성도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 제조 방법에 대한 흐름도이고, 도 4 및 도 5는 도 3의 제조 방법에 따라 연마 패드를 제조하는 공정을 보여주는 공정도이며, 도 6은 폴리우레탄이 함유된 연마 패드의 (a) 버핑 가공 전 (b) 버핑 가공 후의 단면도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 제조 장치는 부직포 패드 제조부(1), 폴리우레탄 함침부(2), 표면 연마부(3) 및 테이프 부착 및 절단부(4)를 포함하여 구성될 수 있다.

여기서 각 부(1, 2, 3, 4)는 일련의 장치들이 조합된 구성일 수 있으며, 각 부(1, 2, 3, 4)들은 하나의 연결된 제조 루트를 구성할 수 있다.

부직포 패드 제조부(1)는 연마 패드에 사용되는 주 재료인 부직포 패드를 제조하는 일련의 장치를 포함한다. 예를 들어 부직포 패드 제조부(1)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 섬유(C) 뭉치를 공급하는 공급부(10)와, 섬유(C) 뭉치를 압착하는 압착부(20)와, 니들 펀칭 공정을 수행하는 압착부(30) 및 펀칭부(40)를 포함할 수 있다.

폴리우레탄 함침부(2)는 부직포 패드에 폴리우레탄을 함침하여 코팅하기 위한 일련의 장치를 포함한다. 예를 들어, 폴리우레탄 함침부(2)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 전처리 수조(50), 1차 건조부(60), 1차 폴리우레탄 수조(70), 2차 폴리우레탄 수조(80), 2차 건조부(100) 및 압착 롤러(110)를 포함할 수 있다.

표면 연마부(3)는 폴리우레탄이 함침된 부직포 패드의 표층부를 제거하는 일련의 장치를 포함한다. 예를 들어, 표면 연마부(3)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 버핑(Buffing) 가공을 위한 샌드페이퍼(120)를 포함할 수 있다.

테이프 부착 및 절단부(4)는 버핑 가공이 이루어진 연마 패드의 일면에 양면 테이프(T)를 부착하고, 원형의 패드 형태로 절단하는 일련을 장치를 포함한다.

예를 들어, 테이프 부착 및 절단부(4)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 커터부(130), 테이프 부착부(140), 압착부(150), 형상커팅부(160) 및 포장검사부(170)를 포함할 수 있다.

이하, 상술한 구성을 포함하는 발명의 일 실시예에 따른 웨이퍼 연마 패드의 제조 장치를 이용한 연마 패드 및 그 제조 방법을 상세하게 설명하기로 한다.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예의 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드(이하, 연마 패드)는 부직포 패드 제조 단계(S100), 폴리우레탄 함침 단계(S200), 표면 연마 단계(S300) 및 테이프 부착 및 절단 단계(S400) 및 연마 패드 장착 단계(S500)를 포함하는 연마 패드의 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.

1) 부직포 패드 제조 단계(Non-woven Fabric Manufacturing, S100)

본 실시예의 연마 패드는 부직포 제조 단계를 수행하면서 패드(pad) 형태로 만들어지기 시작한다. 부직포(Non-Woven Fabric)는 직기(織機, loom)를 사용해서 짜지 않는 형태의 패드를 말한다. 섬유를 결속시켜 직접 포(fabric)의 형태를 이루게 한 것으로 접착포(bonded fabric)라고도 한다. 여기서 섬유로는, 폴리에스터, 비스코스레이온, 나일론, 폴리프로필렌, 면, 마, 양모, 석면, 유리섬유, 아세테이트 등의 재료가 선택될 수 있다.

부직포는 제조 방법에 따라 물을 사용하지 않는 건식 부직포(dry-laid non-woven fabric) 제조 방식과, 물을 사용하는 습식 부직포(wet-laid non-woven fabric) 제조 방식의 두 가지로 분류된다. 본 실시예의 부직포 패드 제조 단계(S100)에서는 건식 부직포 제조 방법을 이용할 수 있다.

보다 상세하게는 부직포 패드 제조 단계(S100)는, 도 4의 (1)에 도시된 바와 같이, i) 공급부(10)는 섬유(C) 뭉치를 압착부(20)로 공급(supplying)하고, ii) 압착부(20)는 공급된 섬유(C)를 압착(pressing)하여 웹(W, web, 섬유를 얇게 펼쳐놓은 것)을 만들고, iii) 접착부(30) 및 펀칭부(40)는 웹(W) 상태의 섬유를 니들(niddle)로 펀칭(Punching)하여 부직포 패드(F)를 제조한다. 제조된 부직포 패드(F)는 연마 패드(Pad)가 갖추어야 할 물성을 갖추기 위해서 폴리우레탄 함침 단계(S200)를 수행한다.

2) 폴리우레탄 함침 단계(polyurethane Impregnating, S200)

폴리우레탄 함침 단계(S200)는 상기 1) 단계(S100)에서 제작된 부직포 패드(F)를 폴리우레탄 수조(70)에 일정 시간 동안 함침시키는 과정을 포함한다. 부직포 패드(F)에는 표면 뿐만 아니라 내부에 다수의 공극(Pore), 즉 기공층이 존재한다. 폴리우레탄(PU)은 부직포 패드(F)의 기공층에 침투되면서 연마 패드(Pad)에 필요한 물성을 제공할 수 있다.

폴리우레탄(PU)은 폴리올과 이소사인염의 결합에 의해 생성되는 화합물이다. 즉, 고분자 사슬에 우레탄 결합이 반복적으로 들어 있는 고분자 화합물로, 에폭시, 폴리에스터, 페놀 등이 이 화합물에 해당한다.

폴리우레탄 함침 단계(S200)는, 도 4의 (2)에 도시된 바와 같이, i) 전처리(pretreatment), ii) 1차 건조(1st drying), iii) 함침(impregnating), iv) 2차 건조(2nd drying), v) 압축(pressing) 과정을 포함할 수 있다.

전처리 및 건조 과정은 폴리우레탄(PU) 함침 이전에 수행하는 단계들로서, 폴리우레탄(PU) 함침 과정이 원활하게 이루어지도록 한다. 전처리 과정은 세정액 또는 약품 등이 담긴 전처리 수조(50) 내부에 부직포 패드(F)를 담그는 과정을 포함할 수 있다. 상기 1) 단계(S100)에서 제조된 부직포 패드(F)는 롤러(R, Roller)에 의해 전처리 수조(50) 내부로 이동할 수 있다. 전처리 과정을 거친 부직포 패드(F)는 롤러(R)에 의해 1차 건조 과정으로 이동할 수 있다.

1차 건조 과정은 세정액 또는 약품 등에 의해 담궈진 부직포 패드(F)의 수분을 건조시키는 과정일 수 있다. 예를 들어 1차 건조 과정은 히터, 팬 등으로 세정액 또는 약품 등을 증발시킬 수 있는 1차 건조부(60)를 통해 실시될 수 있다.

함침 과정은 폴리우레탄(PU)이 담긴 폴리우레탄 수조(70) 내부에 부직포 패드(F)를 담그는 과정이다. 폴리우레탄(PU)은 두 개 이상의 액체 류를 혼합하여 제조되는데, 반응물인 이소사인염과 폴리올의 종류에 따라 그 특성이 좌우된다. 폴리올에 함유된 긴 결합들은 부드러운 탄성 중합체가 될 수 있게 도와주고, 엄청난 양의 결합은 경질 중합체가 될 수 있게 도와준다. 두 결합의 중간 정도 길이를 유지하게 되면 매우 신축성 있으면서도 적당한 단단함을 유지할 수 있다. 즉, 폴리우레탄(PU)을 제조할 때 구성물질인 소프트 시그먼트와 하드 시그먼트의 비율을 조절하여, 용도에 맞게 탄성과 연성을 조절할 수 있다. 소프트 시그먼트의 비율이 높을수록 경도가 낮고 탄성이 있다.

폴리우레탄(PU) 함침 과정의 조건들을 제어하면 부직포 패드(F)에 함유되는 폴리우레탄(PU)의 질량, 부피, 두께 등이 변화될 수 있다. 여기서 조건은 함침 시간, 폴리우레탄(PU)의 농도, 함침 회수, 부직포 패드(F)의 이동 속도 등일 수 있다.

본 실시예는 연마 패드(Pad)의 표면과 내부의 폴리우레탄(PU)의 밀도를 균일화하여 통기성 향상을 통해 글레이징을 개선할 수 있다. 이를 위해 폴리우레탄 함침 과정에서 아래와 같은 균일화 조건을 적어도 하나를 포함할 수 있다.

첫째, 폴리우레탄 함침 과정에서 1차적으로 폴리우레탄(PU)이 함유된 부직포 패드(F)는 2차 폴리우레탄 수조(80)에 담궈질 수 있다. 즉, 상기 폴리우레탄 함침 과정은 적어도 2회를 수행할 수 있다. 또한 폴리우레탄(PU)이 함유된 부직포 패드(F)는 필요에 따라 추가적인 폴리우레탄 함침 또는 세정을 위한 3차 폴리우레탄 수조(90) 또는 세정조(90)에 더 담궈질 수 있다.

여기서 1차 폴리우레탄 수조(70) 및 2차 폴리우레탄 수조(80)의 폴리우레탄은 모두 소수성(疏水性, hydrophobic) 특성을 가질 수 있다. 즉, 물과 화합되지 않는 성질을 지닐 수 있다.

또한, 1차 폴리우레탄 수조(70)는 물과 친한 성질의 친수성(親水性, hydrophilic)의 폴리우레탄으로 채워지며, 2차 폴리우레탄 수조(80)는 소수성의 폴리우레탄으로 채워질 수 있다. 여기서 1차 폴리우리탄 수조(70)가 친수성을 갖게 되면 폴리우레탄 함침시 부직포 패드(F)의 표면으로부터 내부까지 소수성의 비해서 폴리우레탄이 더 원활하게 이동하면서 함침될 수 있다.

둘째, 폴리우레탄 함침에 사용되는 부직포 패드의 두께를 두껍게 제작할 수 있다. 예를 들어, 상술한 부직포 제조단계(S100)에서 제작된 5mm 두께의 부직포 패드를 적용하여 폴리우레탄 함침 단계(S200)를 수행할 수 있다(종래의 부직포 패드는 2.3mm 두께를 채용하였다). 이 경우, 후술할 표면 연마 단계(S300)에서는 버핑 두께를 종래에 비해 2.7mm 이상으로 더 늘릴 수 있다.

즉, 실시예에서 부직포 패드의 두께는 4 mm 내지 6 mm 이고, 버핑시 제거되는 부직포 패드의 두께는 2.5 mm 내지 3.5 mm 일 수 있다.

그 이후에는 2차 건조 과정을 수행할 수 있다. 예를 들어 2차 건조 과정은 히터, 팬 등으로 폴리우레탄(PU)을 건조시킬 수 있는 2차 건조부(100)를 통해 실시될 수 있다.

이어서 폴리우레탄(PU)이 함유된 부직포 패드(UF)는 압착 롤러(110)를 통과시켜 부직포 패드(UF) 내부까지 폴리우레탄(PU)이 깊숙하게 함유되도록 압축 과정을 수행한다.

3) 표면 연마(Surface Finishing, S300)

전술한 폴리우레탄 함침 단계(S200)를 마친 부직포 패드(UF)는 표면 연마 단계를 수행한다(S300). 표면 연마 단계(S300)는 부직포 패드(UF)의 표면(Surface)과 바닥면(Bottom)의 이물질 제거를 위해 샌드 페이퍼를 이용하여 샌딩(Sanding) 또는 버핑(Buffing)을 실시한다. 또한, 표면 연마 단계(S300)를 통해 연마 패드(Pad)의 두께 조절, 표면의 공극 비율을 조절할 수 있다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 연마 패드(Pad)에서의 폴리우레탄(PU) 함침 밀도는 표층 부위가 높고(High), 내부로 갈수록 낮아진다(Low). 따라서 연마 패드(Pad)는 표면의 높은 폴리우레탄(PU) 밀도로 인해 웨이퍼 연마시 연마 패드(Pad)의 표면으로 유입되는 슬러리가 내부까지 이동하지 않아 표면에 고착된 형태로 글레이징을 발생시키게 된다.

이러한 문제를 개선하기 위해서, 표면 연마 단계(S300)에서는 도 5의 (3) 및 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 샌드페이퍼(120)를 이용한 버핑(Buffing) 가공을 통해 표면의 일부를 제거하여 표층 내부의 기공(P)들을 더 노출시킬 수 있다. 이에, 연마 패드(Pad)는 표층 부위에서 폴리우레탄(PU)이 함침된 부분과 함침되지 않은 내부의 비율을 좀 더 높일 수 있으므로 슬러리가 연마 패드(Pad)의 내부까지 이동하면서 표면에 고착되지 않게 할 수 있다.

그리고 연마 패드(Pad)의 전체 밀도는 0.44 내지 0.55 g/cm³ 일 수 있고, 연마 패드(Pad)의 압축율은 1.9 내지 2.0 %이며, 연마 패드(Pad)의 경도는 88 Asker C일 수 있다. 즉, 연마 패드(Pad)의 표층부에 대한 폴리우레탄(PU) 함침 밀도를 조절하더라도 상기 연마 패드(Pad)가 필요로 하는 기본 물성은 준수할 수 있다.

4) 테이프 부착 및 절단(Tape pasting and cutting, S400)

테이프 부착 및 절단 단계(S400)는 폴리우레탄(PU)이 함침된 연마 패드(UF)의 일면에 양면 테이프(T)를 부착하고, 원형의 패드 형태로 절단이 이루어지는 단계이다.

보다 상세하게는 테이프 부착 및 절단 단계(S400)는, 도 5의 (4)에 도시된 바와 같이, i) 커터부(130)가 폴리우레탄(PU)이 함침된 연마 패드(UF)를 일정한 길이로 커팅(cutting)하고, ii) 테이프 부착부(140)는 양면 테이프(T)를 연마 패드(US)의 일면에 부착(PSA prepasting)하며, iii) 압착부(150)는 양면 테이프(T)를 압착하며(PAS pasting, Press), iv) 형상커팅부(160)는 양면 테이프(T)가 압착된 연마 패드(UF)를 일정한 형상(예컨대 정반 크기의 원형)으로 절단(cutting)하고, v) 포장검사부(170)는 제품을 검사하고 포장지로 포장한다(Inspection, Shipping).

5) 연마 패드 장착 단계(Mounting of the Polishing Pad, S500)

상기 4단계(S400)에서 포장된 연마 패드(UF)는 양면 테이프(T)의 일면이 웨이퍼 연마 장치의 정반에 부착된 후, 슬러리와 함께 웨이퍼 연마 공정을 수행한다.

도 7은 본 발명의 일 일시예의 연마 패드와 비교예의 연마 패드에서 두께에 따른 밀도를 보여주는 그래프이다.

도 7에 도시된 바와 같이 실시예의 연마 패드는 상술한 제조 장치 및 제조 방법을 이용하여 폴리우레탄의 함침 비율이 균일하게 제조된 것으로 연마 패드의 두께(전면부에서 바닥부까지)에 상관없이 평균적인 밀도(Density) 값을 보임을 알 수 있다. 반면, 비교예의 연마 패드는 전면부와 바닥부를 이루는 표층부에서 밀도가 높아진다.

이처럼 종래(비교예)의 연마 패드는 표면의 높은 밀도로 인해, 연마 공정시 패드 표면으로 유입되는 슬러리가 패드 내부까지 이동되지 않으므로 패드 표면에 고착된 형태의 글레이징을 유발하였다.

본 발명의 연마 패드는 패드 표면과 내부의 밀도를 균일하고, 연마 패드 내부까지 슬러리 유동을 향상시킬 수 있다.

통상, 비교예에서 연마 패드에 발생하는 글레이징은 연마 패드의 표면에서 내부로 300 μm 깊이까지 형성되는 것이 관찰되었다. 즉, 글레이징의 층 두께는 연마 패드의 전면부에서 300 μm 아래까지 형성될 수 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 본 실시예와 비교예의 100 μm 두께층을 촬영한 결과로서 알 수 있듯이, 비교예의 경우 글레이징이 발생한 지역(White spot, Glazing Area)이 더욱 많음을 알 수 있다.

이와 같이 본 실시예의 연마 패드는 패드 표면과 내부의 밀도를 균일하게 하여, 패드 내부까지 슬러리 유입이 원활하게 되므로 패드 표층에서 100 μm까지 글레이징 영역이 제어되는 효과를 가져올 수 있다.

그러나 본 발명의 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드 및 그의 제조 방법에 따르면, 연마 패드 표면에 노출되는 폴리우레탄의 밀도를 균일화함으로써 웨이퍼의 연마 공정에서 발생하는 글레이징을 방지하여 웨이퍼의 평탄도 품질을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명의 연마 패드는 패드 표층의 거칠기(Roughness)가 높게 유지되며, 이로 인해 종래 패드 사용 시간 증가에 따른 연마율(Removal rate)이 감소되는 현상을 억제할 수 있다. 즉, 연마 패드의 수명을 연장시킬 수 있다.

이상에서 실시 예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시 예에 포함되며, 반드시 하나의 실시 예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

본 발명은 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드와, 웨이퍼 연마 패드를 제조하는 장치, 제조 방법 등에 이용될 수 있다.

Claims

부직포 패드를 제조하는 단계;

상기 부직포 패드에 폴리우레탄을 함침시키는 폴리우레탄 함침 단계; 및

폴리우레탄이 함침된 부직포 패드의 표면을 연마하는 표면 연마 단계;를 포함하며,

상기 폴리우레탄 함침 단계 및 상기 표면 연마 단계는,

연마 패드의 표층과 내부의 밀도비가 균일해지도록 이루어지는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 방법.
제1항에 있어서,

상기 폴리우레탄 함침 단계는

상기 부직포 패드를 전처리하는 전처리 단계;

상기 부직포 패드의 수분을 건조하는 1차 건조 단계;

상기 부직포 패드를 폴리우레탄에 담그는 함침 단계;

상기 부직포 패드에 함침된 폴리우레탄을 건조시키는 2차 건조 단계; 및

상기 폴리우레탄이 함침된 부직포 패드를 압축하는 압축 과정을 포함하는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 방법.
제2항에 있어서,

상기 함침 단계는 적어도 2회의 폴리우레탄 함침 과정을 수행하는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 방법.
제3항에 있어서,

상기 함침 단계는

친수성 폴리우레탄에 함침하는 1차 함침 과정; 및

소수성 폴리우레탄에 함침하는 2차 함침 과정을 포함하는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 방법.
제4항에 있어서,

상기 연마 패드의 표층에서의 상기 폴리우레탄이 함유된 기공층과 함유되지 않은 기공층의 밀도비가 1:1이 되도록 버핑 가공하는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 방법.
제5항에 있어서,

상기 부직포 패드의 두께는 4 mm 내지 6 mm 이고,

상기 버핑시 제거되는 상기 부직포 패드의 두께는 2.5 mm 내지 3.5 mm 인 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 방법.
제6항에 있어서,

상기 연마 패드의 전체 밀도는 0.44 내지 0.55 g/cm³ 인 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 방법.
부직포 패드를 제조하는 부직포 패드 제조부;

상기 부직포 패드에 폴리우레탄을 함침시키는 폴리우레탄 함침부; 및

폴리우레탄이 함침된 부직포 패드의 표면을 연마하는 표면 연마부;를 포함하며,

상기 폴리우레탄 함침부는

친수성 폴리우레탄을 수용하는 1차 폴리우레탄 수조; 및

소수성 폴리우레탄에 함침하는 2차 폴리우레탄 수조를 포함하는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 장치.
제8항에 있어서,

상기 표면 연마부는 상기 연마 패드의 표층에서의 상기 폴리우레탄이 함유된 기공층과 함유되지 않은 기공층의 밀도비가 1:1이 되도록 버핑 가공하는 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 장치.
제9항에 있어서,

상기 부직포 패드의 두께는 4 mm 내지 6 mm 이고,

상기 버핑시 제거되는 상기 부직포 패드의 두께는 2.5 mm 내지 3.5 mm 인 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드의 제조 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항의 제조 방법 또는 제조 장치로 제조된 웨이퍼 연마 장치용 연마 패드.