KR100721888B1 - 연마 패드 - Google Patents
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Abstract
연마를 종료하는 시점을 판정하는 연마 기술을 응용하여, 피연마물의 표면을 평활하고 평탄하게 안정적으로 연마할 수 있는 연마 패드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다. 표면에 연마면(11a)을 갖는 광투과성 패드로 이루어지는 연마 패드(10)이다. 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 오목부(12)를 형성하여, 광투과율을 국소적으로 바꿀 수 있다. 광투과성 패드(11)는 350 내지 900 ㎚의 광파장 영역 내에 있는 적어도 하나의 파장의 빛에 대해 10 ％ 이상, 바람직하게는 30 ％ 이상의 광투과율을 갖는다. 광투과성 패드(11)는, 적합하게는 370 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 390 내지 900 ㎚의 광파장 영역에 걸쳐 10 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다. 또한 광투과성 패드(11)는, 적합하게는 400 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 450 내지 900 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 30 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다.
광투과성 패드, 연마면, 오목부, 연마 패드, 이면
Description
본 발명은 표면에 높은 평활성과 평탄성이 요구되는 반도체 웨이퍼 및 반도체 디바이스 웨이퍼 등의 피연마물의 표면을 연마하는 데 이용되는 연마 패드 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 연마를 종료하는 시점을 판정하는 연마 기술을 응용한 연마에 이용하는 데 적합한 연마 패드 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 표면에 높은 평활성과 평탄성이 요구되는 반도체 웨이퍼 및 반도체 디바이스 웨이퍼 등과 같은 피연마물의 표면의 연마는 표면에 연마 패드를 부착한 정반을 회전시키면서, 이 연마 패드의 표면에 연마 슬러리를 공급하고, 이 위에 피연마물의 표면을 압박하여 행해져, 연마 슬러리로서 물 또는 글리콜류, 알코올류 등을 포함한 물 베이스의 수용액 중에 피연마물의 표면을 기계적으로 연삭하는 지립을 분산시키고, 이에 피연마물의 표면과 화학적으로 반응하는 약액을 더 첨가한 것이 사용되고 있다. 이 약액은, 피연마물의 표면(피연마면)을 구성하는 재료에 따라서 적당히 선정할 수 있고, 예를 들어 피연마면이 이산화규소인 경우 수산화칼륨, 테트라메틸암모늄하이드로옥사이드, 불산, 불화물 등이 사용되고, 피연마면이 텅스텐인 경우 질산철, 요오드산칼륨 등이 사용되고, 피연마면이 구리인 경우 글리신, 키날딘산, 과산화수소, 벤조트리아졸 등이 사용된다. 또한, 지립으로 서 알루미나, 실리카, 산화세륨, 다이아몬드 등으로 이루어지는 평균 입경 0.001 내지 1 ㎛의 범위에 있는 입자가 사용된다.
그리고, 연마 패드로서 표면에 지립을 보유 지지 또는 포착할 수 있는 요철면을 갖는 부직포 패드(표층의 섬유 조직에 의해 요철면이 형성됨)나 발포체 패드(표면에 노출된 기포 공극에 의해 요철면이 형성됨)가 사용되고, 연마 중 연마 패드의 표면과 피연마물의 표면 사이에 개재되는 지립이 연마 패드의 표면에 보유 지지 또는 포착되고, 연마 패드에 추종하여 피연마물과 상대적으로 이동하여 연마 슬러리 중의 약액이 피연마물의 표면과 화학적으로 반응함으로써 피연마물의 표면에 생성된 이물질을 기계적으로 깎아내고, 이에 의해 피연마물의 표면이 연마된다(이를 화학적 기계적 연마라 함).
대표적으로, 반도체 디바이스 웨이퍼는 다층 배선 기술에 의해 반도체 웨이퍼 상에 다층 배선 구조물을 형성한 것이다. 이 다층 배선 구조물은, 이미 알려진 성막/에칭 기술을 이용하여 절연막이나 금속막과 같이 다른 경도의 재질로 이루어지는 막을 적층하여 에칭하고, 폭이나 피치가 다른 미세하고 복잡한 다층 배선 패턴을 형성한 것이며, 성막 후와 에칭 후의 표면에 요철이 있으면, 이 요철에 의해 막에 단차가 생겨 이 단차가 배선의 단락의 원인이 되므로, 성막 후와 에칭 후의 표면에는 높은 평활성과 평탄성이 요구된다. 이로 인해, 상기한 바와 같은 화학적 기계적 연마가 행해지고 있다.
그리고, 반도체 디바이스 웨이퍼의 다층 배선 구조물의 각각의 막은, 소정의 두께로 연마되어 있어야만 해, 연마 중의 막이 소정의 두께가 된 시점에서 연마를 종료할 필요가 있다.
이로 인해, 표면에 높은 평활성과 평탄성이 요구되는 반도체 웨이퍼 및 반도체 디바이스 웨이퍼 등의 피연마물의 연마에는, 연마를 종료하는 시점(즉, 연마 중의 막이 소정의 두께가 된 시점)을 판정하는 연마 기술이 응용되어 있다.
이 연마 기술은 연마 중 피연마물의 피연마면에 빛을 조사하고, 그 반사광을 광학 센서로 수광하여 피연마면의 빛의 반사율의 변화를 모니터함으로써, 연마 중 막이 소정의 두께가 된 시점을 판정하는 것이다[예를 들어, 미국 특허 제5893796호 명세서(제5란 제6행 내지 제6란 제38행, 도2, 도3), 특허 제3326443호 공보(단락 0022 내지 0044, 도1, 도2) 및 일본 특허 공개 제2003-68686호 공보(단락 0032, 0033, 도1, 도2)를 참조].
이 연마 기술을 응용한 연마는, 도10a 및 10b에 도시한 바와 같이 상기한 연마(화학적 기계적 연마)와 마찬가지로 도11에 도시한 연마 패드(20)를 그 이면에 도포한 점착제(22)를 거쳐서 표면에 접착한 정반(31)을 사용하여 행해지고, 정반(31)을 화살표 R의 방향으로 회전시키면서 연마 패드(20)의 표면에 노즐(35)을 통과시켜 연마 슬러리를 공급하고, 이 위에 홀더(34)로 보유 지지한 피연마물(W)의 표면을 압박하여 이를 화살표 r의 방향으로 회전시켜 행해진다. 여기서, 피연마면의 빛의 반사율의 변화를 모니터할 필요가 있으므로, 도10a에 예시한 연마 장치(30a)에서는, 정반(31)은 상하로 관통하는 홀(36)을 갖고 이 홀(36)의 하방에 투광 소자와 수광 소자를 구비한 광학 센서(33)가 배치된다[예를 들어, 미국 특허 제5893796호 명세서(제5란 제6행 내지 제6란 제38행, 도2, 도3) 및 특허 제3326443호 공보(단락 0022 내지 0044, 도1, 도2)를 참조). 이 홀(36)의 상단부에는, 광투과성 수지로 이루어지는 덮개(32)가 고정된다. 이 덮개(32)의 표면은 정반(31)의 표면과 동일한 평면에 있다. 그리고, 연마 패드(20)에는 정반(31)의 홀(36)의 위치에 일치하는 부분에 창(21)(도11)이 설치되어 있다. 또한, 도10b에 예시한 연마 장치(30b)에서는, 투광 소자와 수광 소자를 구비한 광학 센서(33)가 정반(31)의 표면에 개구하는 홀 내에 부착된다[예를 들어, 일본 특허 공개 제2003-68686호 공보(단락 0032, 0033, 도1, 도2)를 참조]. 이 홀의 상단부에는 도10a의 연마 장치(30a)와 마찬가지로, 광투과성의 수지로 이루어지는 덮개(32)가 고정되고, 이 덮개(32)의 표면은 정반(31)의 표면과 동일한 평면에 있다. 그리고, 연마 패드(20)에는 정반(31)에 부착한 광학 센서(33)의 위치에 일치하는 부분에 창(21)(도11)이 설치되어 있다.
이와 같은 종래의 연마 패드에서는, 도11에 도시한 바와 같이 연마 패드(20)를 상하로 관통하는 대략 타원 형상의 슬롯이 형성되어 있고, 이 슬롯에 끼워 넣을 수 있는 형상으로 형성된 광투과성 수지로 이루어지는 창(21)을 제조하고, 이 창(21)을 연마 패드(20)로 형성한 상기의 슬롯에 끼워 넣어 접착하고 있었다[예를 들어, 미국 특허 제5893796호 명세서(제5란 제6행 내지 제6란 제38행, 도2, 도3), 특허 제3326443호 공보(단락 0022 내지 0044, 도1, 도2) 및 특허 공개 제2003-68686호 공보(단락 0032, 0033, 도1, 도2)를 참조].
그러나, 상기와 같은 종래의 연마 패드에서는 연마 패드에 창용 슬롯을 형성하는 작업, 이 슬롯에 정확하게 일치하는 형상의 창을 제조하는 작업 및 연마 패드 로 형성한 슬롯에 창을 끼워 넣어 고정하는 작업을 필요로 한다.
또한, 부직포나 발포체로 이루어지는 탄력성이 있는 연마 패드에 이보다도 단단한 수지제의 창이 고정되므로, 연마 패드와 창 사이에 경도의 차가 생긴다. 이로 인해, 연마 중에 창과 창 부근의 연마 패드의 부분에 작용하는 응력에 차가 생겨 연마 패드의 창 부근의 표면 부분이 왜곡되거나, 창 부근의 연마 패드의 부분에 균열이 생겨 창의 고정력이 저하되고, 창의 위치 어긋남이 발생되거나 연마 패드가 파괴되거나 하여, 연마 슬러리가 연마 패드의 이면에 누설되어 정반에 대한 연마 패드의 점착력이 저하된다. 또한, 연마 패드와 창 사이에 경도의 차가 있으므로, 연마 패드와 창 표면의 마모도가 다르고, 연마 패드의 표면에 단차가 발생하여, 이 단차에 의해 피연마물의 표면에 스크래치나 표면 기복이 발생하여, 피연마물의 표면을 균일하게 연마할 수 없다.
또한, 부직포나 발포체로 이루어지는 탄력성이 있는 연마 패드에서는, 연마 중 피연마물이 연마 패드 내에 가라앉아 연마 패드가 국소적으로 크게 탄성 변형하기 때문에, 연마 패드의 표면을 피연마물의 표면 전체에 걸쳐 안정적으로 균일하게 작용시킬 수 없어, 피연마물의 표면을 균일하게 연마할 수 없다.
이와 같이, 종래의 연마 패드에서는 연마를 종료하는 시점을 판정하는 상기한 연마 기술을 응용하여, 피연마물의 표면을 평활하고 평탄하게 안정적으로 연마할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 연마를 종료하는 시점을 판정하는 연마 기술을 응 용하여, 피연마물의 표면을 평활하고 평탄하게 안정적으로 연마할 수 있는 연마 패드 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 연마 패드는, 광투과성 패드로 구성된다.
광투과성 패드는, 연마 중 연마 슬러리 중의 지립을 보유 지지 또는 포착하여, 이를 피연마물의 표면에 작용시키는 연마면을 표면에 갖는다. 이로 인해, 이 연마면은 연마 슬러리 중의 지립을 보유 지지 또는 포착할 수 있을 정도의 평균 표면 거칠기(Ra)에 있다.
이 연마면의 평균 표면 거칠기(Ra)는, 연마 슬러리 중의 지립의 크기에 따라 적절하게 선정할 수 있다. 반도체 웨이퍼나 반도체 디바이스 웨이퍼의 표면의 연마에 사용할 때에는, 연마면의 표면 평균 거칠기는 바람직하게는 5 ㎛ 이하의 범위, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 사이의 범위에 있다.
광투과성 패드는, 그 이면에 오목부를 갖는다. 이는, 광투과성 패드의 이면에 오목부를 형성하고, 이 오목부를 형성한 부분의 두께를 얇게 하여 이 부분의 광투과율을 향상시키기 위함이다. 환언하면, 본 발명에서는 광투과성 패드의 이면에 오목부를 형성함으로써, 광투과성 패드의 광투과율을 국소적으로 바꿀 수 있어, 빛을 투과하는 부위만 광투과율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에서는 이러한 오목부를 표면에 형성하지 않고 이면에 형성하고 있으므로, 광투과성 패드의 표면(즉, 연마 패드의 표면)에 단차가 형성되지 않는다. 이러한 오목부는, 광투과성 패드 이면의 원하는 위치에 적절하게 형성할 수 있다. 이러한 오목부의 형상은, 원하는 부분의 두께를 얇게 할 수 있는 형상(예를 들어, 동심원형, 직선형, 스파이럴 형, 점형 등)이면 좋다.
광투과성 패드는 그 표면에 홈을 갖는다. 이 홈은, 이 홈을 통과하여 광투과성 패드의 표면에 압박한 피연마물의 표면(피연마면)에 걸쳐 연마 슬러리를 보다 균일하게 공급하고, 또한 연마 중에 발생된 연마 부스러기 등의 이물질을 외부로 배출하는 것으로 하기 위한 것이고, 홈의 형상은 광투과성 패드의 표면에 공급된 연마 슬러리의 유로로서 기능하는 형상(예를 들어, 방사형, 격자형, 스파이럴형 등)이면 좋다.
이 광투과성 패드는, 350 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역 내에 있는 적어도 하나의 파장의 빛에 대해 10 ％ 이상, 바람직하게는 30 ％ 이상의 광투과율을 갖는다. 이 광투과성 패드는, 적합하게는 370 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 390 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역에 걸쳐 10 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다. 또한, 이 광투과성 패드는 적합하게는 400 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 450 ㎚ 내지 900 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 30 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다.
이러한 광투과율을 갖는 광투과성 패드는, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌계, 폴리스티렌계, 폴리염화비닐계, 아크릴계 등의 수지로 이루어지는 무발포체로 이루어진다. 이 수지로서, 적합하게는 순도 60 ％ 이상인 것, 보다 적합하게는 순도 90 ％ 이상의 것이 사용된다.
본 발명의 연마 패드는, 상기한 광투과성 패드의 이면에 형성된 접착제의 층으로 또한 구성될 수 있다. 접착제로서, 폴리에스테르계, 폴리에틸렌계, 에폭시 계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 천연 고무 등의 광투과성이 있는 접착제가 사용된다.
본 발명의 연마 패드는, 광투과성이 있는 접착제로 이루어지는 제1층을 광투과성 베이스 시트의 표면에 형성하고, 광투과성이 있는 접착제로 이루어지는 제2층을 광투과성 베이스 시트의 이면에 형성한 백 시트로 또한 구성될 수 있다. 이 백 시트는, 제1층을 거쳐서 상기한 광투과성 패드의 이면에 접착된다. 여기서, 광투과성 베이스 시트로서, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌계, 폴리스티렌계, 폴리염화비닐계 또는 아크릴계 수지로 이루어지는 무발포체 시트가 사용된다.
본 발명의 연마 패드는, 접착제로 이루어지는 제1층을 부직포 또는 발포체로 이루어지는 탄성 시트의 표면에 형성하고, 접착제로 이루어지는 제2층을 이 탄성 시트의 이면에 형성한 백 시트로 또한 구성될 수 있다. 여기서, 탄성 시트는 빛을 투과하지 않으므로, 적어도 표면으로부터 이면으로 관통하는 슬롯을 갖는다. 이 백 시트는 제1층을 거쳐서 상기한 광투과성 패드의 이면에 접착된다. 여기서, 제1 및 제2층이 탄성 시트의 슬롯을 막도록 형성되는 경우에는, 접착제로서 광투과성이 있는 것이 사용된다.
이와 같이 광투과성 패드의 이면에 접착제의 층을 형성하거나 또는 백 시트를 접착한 연마 패드는, 350 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역 내에 있는 적어도 하나의 파장의 빛에 대해 10 ％ 이상, 바람직하게는 30 ％ 이상의 광투과율을 갖는다. 이러한 연마 패드는, 적합하게는 370 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 390 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역에 걸쳐 10 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다. 또한, 이러한 연마 패드는 적합하게는 400 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보 다 적합하게는 450 ㎚ 내지 900 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 30 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다.
상기 본 발명의 연마 패드는, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌계, 폴리스티렌계, 폴리염화비닐계 또는 아크릴계 수지와 경화제와의 혼합액을 성형형 내에 충전하고, 이를 경화하여 판형의 무발포체를 성형하고, 이 판형의 무발포체의 양면을 연마하여 표면에 연마면을 갖는 광투과성 패드를 제조함으로써 제조된다.
본 발명이 이상과 같이 구성되므로, 이하와 같은 효과를 발휘한다.
연마 패드에 창용 슬롯을 형성하고, 이 슬롯에 일치하는 형상의 창을 제조하고, 또한 연마 패드에 형성한 슬롯에 창문을 끼워 넣어 고정하는 작업이 없어졌다.
또한, 연마 패드의 표면에 경도의 차가 없으므로 연마 패드의 표면의 마모도가 일정해, 피연마물의 표면에 스크래치나 표면 기복이 발생하지 않는다. 연마 중에 연마 패드의 표면이 왜곡되거나 연마 패드가 파괴되거나 하여, 연마 슬러리가 연마 패드의 이면에 누설되는 일이 없다.
또한, 연마 패드의 광투과성 패드가 무발포체로 이루어지므로, 연마 중 피연마물이 연마 패드 내에 가라앉거나, 연마 패드가 크게 탄성 변형되는 일없이 연마 패드의 표면을 피연마물의 표면 전체에 걸쳐 안정적으로 균일하게 작용시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따라서 연마를 종료하는 시점을 판정하는 연마 기술을 응용하여, 피연마물의 표면을 평활하고 평탄하게 안정적으로 연마할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도1a는 본 발명의 제1 태양의 연마 패드의 단면도이고, 도1b, 도1c 및 도1d는 각각 정반의 단면도이다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 제2 태양의 연마 패드의 단면도이다.
도3a 및 도3b는 본 발명의 제3 태양의 연마 패드의 단면도이다.
도4a 및 도4b는 본 발명의 광투과성 패드의 이면에 형성되는 오목부의 평면 형상의 예를 도시한다.
도5a 및 도5b는 각각 본 발명의 광투과성 패드의 표면에 형성되는 홈의 평면 형상의 예를 도시한다.
도6은 도4에 도시한 오목부와 도5에 도시한 홈을 형성한 광투과성 패드의 단면도이다.
도7은 제1 실시예와 제2 실시예의 연마 패드의 각각의 광투과율을 나타낸 그래프이다.
도8은 제3 내지 제5 실시예의 연마 패드 각각의 광투과율을 나타낸 그래프이다.
도9는 제6 내지 제8 실시예의 연마 패드 각각의 광투과율을 나타낸 그래프이다.
도10a 및 도10b는 각각 본 발명의 연마 패드를 사용할 수 있는 연마 장치의 단면도이다.
도11은 종래의 연마 패드의 단면도이다.
<본 발명의 실시 형태>
연마를 종료하는 시점을 판정하는 연마 기술을 응용하여, 표면에 높은 평활성과 평탄성이 요구되는 반도체 웨이퍼 및 반도체 디바이스 웨이퍼 등의 피연마물의 표면을 연마하기 위해, 도10a 및 도10b에 도시된 바와 같은 연마 장치(30a, 30b)에 사용되는 연마 패드(10)이다.
도시한 연마 장치(30a, 30b)를 사용하는 연마는, 표면에 연마 패드(10)를 접착한 정반(31)을 화살표 R의 방향으로 회전시키면서, 연마 패드(10)의 표면에 노즐(35)을 통해 연마 슬러리를 공급하고, 이 위에 홀더(34)에 보유 지지한 피연마물(W)의 표면을 압박하여, 이를 화살표 r의 방향으로 회전시켜 행해진다. 연마 슬러리로서, 피연마물(W)의 표면과 화학적으로 반응하는 약액을 더 첨가한 것을 사용하여, 화학적 기계적 연마를 행해도 좋다.
도10a에 도시한 연마 장치(30a)에서는, 정반(31)은 상하로 관통하는 홀(36)을 갖고 투광 소자와 수광 소자를 구비한 광학 센서(33)가, 홀더(34)에 보유 지지되어 있는 피연마물(W)의 하방에 배치된다. 연마 중, 정반(31)의 홀(36)이 피연마물(W)의 표면(피연마면)을 통과하였을 때, 즉 광학 센서(33)와 홀(36)과 피연마면이 일직선 상에 배열되었을 때에, 이 홀(36) 및 덮개(32)를 통해 광학 센서(33)의 투광 소자(도시하지 않음)로부터의 빛이 피연마면에 조사되고, 이 반사광을 홀(36) 및 덮개(32)를 통해 광학 센서(33)의 수광 소자(도시하지 않음)로 받아, 피연마면의 빛의 반사율 변화를 모니터하여 연마를 종료하는 시점을 판정한다.
또한, 도10b에 도시한 연마 장치(30b)에서는, 투광 소자와 수광 소자를 구비한 광학 센서(33)가 정반(31)의 표면에 개구하는 홀 내에 부착된다. 연마 중, 정반(31)에 부착된 광학 센서(33)가 피연마물(W)의 표면(피연마면)을 통과할 때, 광학 센서(33)의 투광 소자(도시하지 않음)로부터의 빛이 피연마면에 조사되고, 이 반사광을 광학 센서(33)의 수광 소자(도시하지 않음)로 받아, 피연마면의 빛의 반사율 변화를 모니터하여 연마를 종료하는 시점을 판정한다.
<연마 패드>
도10a 및 도10b에 도시한 연마 장치(30a, 30b)에 사용되는 본 발명의 연마 패드(10)는, 도1a에 도시한 바와 같이 표면에 연마면(11a)을 갖는 광투과성 패드(11)로 구성된다.
이 연마 패드(10)는, 도1b 및 도1c에 도시한 바와 같이 정반(31)의 표면에 도포한 점착제(37)를 거쳐서 정반(31)의 표면에 접착되는 것이다.
여기서, 점착제(37)는 도1b에 도시한 바와 같이 정반(31) 덮개(32)의 표면 이외의 정반(31)의 표면에 도포되어도 좋고, 또한 도1c에 도시한 바와 같이 정반(31)의 표면 전체에 도포해도 좋다. 이 도1c에 도시한 바와 같이, 정반(31)의 표면 전체에 접착제(37)가 도포되는 경우, 접착제(37)로서 폴리에스테르계, 폴리에틸렌계, 에폭시계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 천연 고무 등 광투과성이 있는 접착제가 사용된다.
광투과성 패드(11)는, 연마 중 이 표면에 연마 슬러리 중의 지립을 보유 지지 또는 포착하여, 이를 피연마물(W)의 표면에 작용시키는 연마면(11a)을 갖는다. 이로 인해, 이 연마면(11a)은 연마 슬러리 중의 지립을 보유 지지 또는 포착할 수 있을 정도의 평균 표면 거칠기(Ra)에 있다. 이 연마면(11a)의 표면 평균 거칠기는, 연마 슬러리 중의 지립의 크기에 따라 적절하게 선정할 수 있다. 반도체 웨이퍼나 반도체 디바이스 웨이퍼 등의 표면의 연마에 사용할 때는, 연마면(11a)의 표면 평균 거칠기는 바람직하게는 5 ㎛ 이하의 범위, 보다 바람직하게는 1 ㎛ 내지 5 ㎛ 사이의 범위에 있다.
광투과성 패드(11)는, 그 이면(11b)에 도1a에 파선으로 나타낸 오목부(12)(도6에도 나타냄)를 가져도 좋다. 이는, 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 오목부(12)를 형성하고, 이 오목부(12)를 형성한 부분의 두께를 얇게 하여 이 부분의 광투과율을 향상시키기 위함이다. 환언하면, 본 발명에서는 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 오목부(12)를 형성함으로써, 광투과성 패드(11)의 광투과율을 국소적으로 바꿀 수 있어, 빛을 투과하는 부위만 광투과율을 향상시킬 수 있는 것이다. 또한, 본 발명에서는 이러한 오목부(12)를 광투과성 패드(11)의 표면에 형성하지 않고 이면(11b)에 형성하고 있기 때문에, 광투과성 패드(11)의 표면[즉, 연마 패드(10)의 표면]에 단차가 형성되지 않는다. 이러한 오목부(12)는, 정반(31)의 덮개(32)의 위치에 일치하는 부분에 형성되어 있으면 좋고, 광투과성 패드(11)의 이면(11b)의 원하는 위치에 적절하게 형성할 수 있어, 스파이럴형이나 점형(원하는 부분을 원하는 깊이만큼 단순히 도려내 뚫은 형상) 등의 형상, 또는 도4a에 예시한 바와 같이 동심원 형상으로 형성해도 좋고, 또한 도4b에 예시한 바와 같이 연마 패드(10)의 직경에 따라 직선 형상으로 형성해도 좋다. 빛이 통과하는 부분의 광투 과성 패드(11)의 두께가 얇아지면[즉, 오목부(12)를 깊게 함], 광투과율이 높아진다.
도1c에 도시한 바와 같이, 정반(31)의 표면 전체에 접착제(37)가 도포되는 경우, 피연마면으로의 조사광과 피연마면으로부터의 반사광을 투과하는 정반(31)의 표면 상의 덮개(32)의 표면에 도포된 점착제(37)에 의해 이 부분의 광투과율이 저하되기 때문에, 정반(31)의 표면의 덮개(32) 상의 연마 패드(10)의 두께를 얇게 하여, 이 부분의 광투과율을 향상시켜도 좋다. 즉, 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 도1a에 파선으로 나타낸 바와 같이 오목부(12)를 형성하여, 정반(31)의 덮개(32) 상의 연마 패드(10)의 두께를 얇게 할 수 있다.
광투과성 패드(11)는, 도6에 도시한 바와 같이 그 표면에 홈(19)을 갖는다. 이 홈(19)은, 이 홈(19)을 통해 광투과성 패드(11)의 표면에 압박한 피연마물(W)의 표면(피연마면)에 걸쳐 연마 슬러리를 보다 균일하게 공급하여, 또한 연마 중에 발생된 연마 부스러기 등의 이물질을 외부로 배출하는 것이며, 홈(19)의 형상은 광투과성 패드의 표면에 공급된 연마 슬러리의 유로로서 기능하는 형상이면 좋고, 도5a에 예시한 바와 같이 방사형이라도 좋고, 또한 도5b에 예시된 바와 같이 격자형이라도 좋다. 이러한 홈(19)을 광투과성 패드(11)의 표면에 형성하면, 연마 중 이 홈(19)을 흐르는 연마 슬러리에 의해 빛이 흡수되고, 또한 산란되어 홈(19)을 형성한 부분의 광투과율이 저하되기 때문에, 도6에 도시한 바와 같이 홈(19)을 형성한 부분의 이면(11b)에 상기한 오목부(12)를 형성하고, 이 부분의 연마 패드(10)의 두께를 얇게 하여 광투과율을 향상시키는 것이 바람직하다.
10 ％ 미만의 광투과율에서는, 연마를 종료하는 시점의 판정을 정확하게 행할 수 없는 경우가 있으므로, 광투과성 패드(11)는 350 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역 내에 있는 적어도 하나의 파장의 빛에 대해 10 ％ 이상, 바람직하게는 30 ％ 이상의 광투과율을 갖는다. 이 광투과성 패드(11)는, 적합하게는 370 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 390 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역에 걸쳐 10 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다. 또한, 이 광투과성 패드(11)는 적합하게는 400 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 450 ㎚ 내지 900 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 30 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다.
이러한 광투과율을 갖는 광투과성 패드(11)는, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌계, 폴리스티렌계, 폴리염화비닐계, 아크릴계 등의 수지로 이루어지는 무발포체로 이루어진다. 여기서, 이 수지로서 적합하게는 순도 60 ％ 이상인 것, 보다 적합하게는 순도 90 ％ 이상인 것이 사용된다. 높은 순도의 것을 사용함으로써, 높은 광투과율을 얻을 수 있다. 또한, 이 무발포체는 발포체보다도 경도가 비교적 높고 탄력성이 작으므로, 연마 중 피연마물(W)이 연마 패드(10) 내에 가라앉거나 연마 패드(10)가 크게 탄성 변형하지 않고, 연마 패드(10)의 표면이 피연마물(W)의 표면에 걸쳐 안정적으로 균일하게 작용한다.
본 발명의 연마 패드는, 도2a에 도시한 바와 같이 상기한 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 형성된 접착제의 층(13)으로 또한 구성될 수 있다.
이 연마 패드(10)는, 접착제의 층(13)을 거쳐서 도10a 및 도10b에 도시한 연마 장치(30a, 30b)의 정반(31)에 접착되는 것이다. 또한, 실용상 접착제의 층(13) 이면에는, 이 접착제의 건조 방지 등을 위해 이형지(離型紙)(도시하지 않음)가 접합되어 있고, 사용시에 이 이형지를 사용자가 떼어내어 연마 패드(10)가 정반(31)의 표면에 접착된다.
접착제로서, 폴리에스테르계, 폴리에틸렌계, 에폭시계, 폴리우레탄계, 아크릴계, 천연 고무 등의 광투과성이 있는 접착제가 사용된다. 또한, 이 연마 패드(10)는, 도2b에 도시한 바와 같이 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 상기한 오목부(12)를 형성해도 좋다. 또한, 광투과성 패드(11)의 표면에 상기한 홈(19)을 형성해도 좋다.
또한, 본 발명의 연마 패드(10)는, 도3a에 도시한 바와 같이 광투과성이 있는 접착제로 이루어지는 제1층(15)을 광투과성 베이스 시트(16)의 표면에 형성하고, 광투과성이 있는 접착제로 이루어지는 제2층(17)을 광투과성 베이스 시트(16)의 이면에 형성한 백 시트(14)로 또한 구성될 수 있다.
이 연마 패드(10)는, 제2층(17)을 거쳐서 도10a 및 도10b에 도시한 연마 장치(30a, 30b)의 정반(31)에 접착되는 것이다. 또한, 실용상 접착제의 층(15) 표면과 층(17) 이면에는, 각각 접착제의 건조 방지 등을 위해 이형지(도시하지 않음)가 접합되어 있고, 사용 전에 층(15) 표면 상의 이형지를 사용자가 떼어내어 층(15)을 거쳐서 백 시트(14)를 광투과성 패드(11)의 이면에 접착하고, 사용시에 층(17)의 이면 상의 이형지를 사용자가 떼어내어 도3a에 도시한 연마 패드(10)가 정반(31)의 표면에 접착될 수 있다.
이 백 시트(14)는 제1층(15)을 거쳐서 상기한 광투과성 패드(11)의 이면 (11b)에 접착된다. 이 광투과성 베이스 시트(16)는, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌계, 폴리스티렌계, 폴리염화비닐계 또는 아크릴계 수지로 이루어지는 무발포체로 이루어진다. 또한, 이 연마 패드(10)는 파선으로 나타낸 바와 같이 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 상기한 오목부(12)를 형성해도 좋다. 또한, 이 백 시트(14)에 그 표면으로부터 이면으로 관통하는 슬롯(도시하지 않음)을 형성하여, 이 부분의 연마 패드(10)의 광투과율을 향상시켜도 좋다.
본 발명의 연마 패드(10)는, 도3b에 도시한 바와 같이 접착제로 이루어지는 제1층(15)을 부직포 또는 발포체로 이루어지는 탄성 시트(16')의 표면에 형성하고, 접착제로 이루어지는 제2층(17)을 이 탄성 시트(16')의 이면에 형성한 백 시트(14')로 또한 구성될 수 있다. 여기서, 탄성 시트(16')는 빛을 투과하지 않기 때문에, 이 탄성 시트(16)에는 미리 정반(31)의 표면의 덮개(32) 상의 위치에 일치하는 부분에 표면으로부터 이면으로 관통하는 슬롯(18)이 형성되어 있다.
이 연마 패드(10)는, 제2층(17)을 거쳐서 도10a 및 도10b에 도시한 연마 장치(30a, 30b)의 정반(31)에 접착되는 것이다. 또한, 도3a에 도시한 연마 패드(10)와 마찬가지로, 도3b에 도시한 연마 패드(10)에 있어서도 실용상 접착제의 층(15) 표면과 층(17) 이면에는, 접착제의 건조 방지 등을 위해 이형지(도시하지 않음)가 접합되어 있고, 사용 전에 층(15)의 표면 상의 이형지를 사용자가 떼어내어 층(15)을 거쳐서 백 시트(14')를 광투과성 패드(11)의 이면에 접착하고, 사용시에 층(17) 이면 상의 이형지를 사용자가 떼어내어 도3a에 도시한 연마 패드(10)가 정반(31)의 표면에 접착될 수 있다.
이 백 시트(14')는 제1층(15)을 거쳐서 상기한 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 접착된다. 여기서, 제1 또는 제2층(15, 17)이 탄성 시트(14')의 슬롯(18)의 일부 또는 전부를 막도록 형성되어 있는 경우에는, 접착제로서 광투과성이 있는 것이 사용된다.
도2에 도시한 바와 같이 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 접착제의 층(13)을 형성하거나, 또는 도3에 도시한 바와 같이 백 시트(14, 14')를 접착한 연마 패드(10)는 10 ％ 미만의 광투과율에서는, 연마를 종료하는 시점의 판정을 정확하게 행하지 않는 경우가 있으므로, 350 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역 내에 있는 적어도 하나의 파장의 빛에 대해 10 ％ 이상, 바람직하게는 30 ％ 이상의 광투과율을 갖는다. 이러한 연마 패드(10)는, 적합하게는 370 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 390 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역에 걸쳐 10 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다. 또한, 이러한 연마 패드(10)는 적합하게는 400 ㎚ 내지 900 ㎚의 광파장 영역, 보다 적합하게는 450 ㎚ 내지 900 ㎚의 파장 범위에 걸쳐 30 ％ 이상의 광투과율을 나타낸다.
<제조 방법>
상기 본 발명의 연마 패드(10)는 표면에 연마면을 갖는 광투과성 패드(11)를 제조함으로써 제조된다. 이 광투과성 패드(11)는, 폴리우레탄계, 폴리에틸렌계, 폴리스티렌계, 폴리염화비닐계 또는 아크릴계 수지와 경화제와의 혼합액을 성형형 내에 충전하고, 이를 경화하여 판형의 무발포체를 성형하고, 이 판형의 무발포체의 양면을 연삭하여 소정의 두께로 가공하고, 양면을 다이아몬드 지립을 표면에 고정 한 이미 알려진 면 수정 공구 등을 사용하여 연마함으로써 제조된다.
광투과성 패드(11)의 제조에 사용되는 수지로서, 적합하게는 순도 60 ％ 이상인 것, 보다 적합하게는 순도 90 ％ 이상인 것이 사용된다. 예를 들어, 폴리우레탄계 수지에서는 적합하게는 순도 60 ％의 톨릴렌디이소시아네이트, 보다 적합하게는 순도 90 ％ 이상의 메타크실렌디이소시아네이트 또는 헥사메틸렌디이소시아네이트가 사용된다. 이와 같이 수지의 순도를 높게 하면, 낮은 광파장 영역에 있어서의 광투과율을 향상시킬 수 있다. 또한, 경화제로서 3,3'-디클로로-4,4'디아미노디페닐메탄(예를 들어, 상품명 : MOCA, 듀퐁사), 메틸렌디아닐린과 염화나트륨의 복합체(예를 들어, 상품명 : Caytur21, 듀퐁사) 또는 디메틸티오 2,4-톨루엔디아민과 디메틸티오 2,6-톨루엔디아민의 혼합물(예를 들어, 상품명 : Ethacure300, 에틸사)를 사용할 수 있다.
도1, 도2 및 도6에 도시한 바와 같이, 이면(11b)에 오목부(12)를 갖는 광투과성 패드(11)는 이미 알려진 선반 가공 기술 등을 이용하여, 상기한 바와 같이 하여 제조된 광투과성 패드(11)의 바닥면(11b)에 원하는 형상의 오목부(12)를 기계적으로 형성할 수 있다.
또한, 광투과성 패드(11)의 표면에 홈(19)을 형성할 때에는, 이미 알려진 선반 가공 기술 등을 이용하여, 상기한 바와 같이 하여 제조된 광투과성 패드(11)의 표면에 원하는 형상의 홈(19)을 기계적으로 형성할 수 있다.
도2에 도시한 바와 같이, 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 접착제로 이루어지는 층(13)을 형성할 때에는, 상기한 바와 같이 하여 제조된 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 나이프 등을 사용하여 접착제를 얇게 도포함으로써 형성할 수 있다.
도3a에 도시한 바와 같은 백 시트(14)는, 광투과성 베이스 시트(16)의 표면에 나이프 등을 사용하여 접착제를 도포하여 제1층(15)을 형성하고, 광투과성 베이스 시트(16)의 이면에 나이프 등을 사용하여 접착제를 도포하여 제2층(17)을 형성함으로써 제조되고, 백 시트(14)는 이 제1층(15)을 거쳐서 상기한 바와 같이 하여 제조된 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 접착할 수 있다.
도3b에 도시한 백 시트(14')는, 탄성 시트(16')에 표면으로부터 이면으로 관통하는 슬롯(18)을 형성하고, 이 탄성 시트(18)의 표면에 나이프 등을 사용하여 접착제를 도포하여 제1층(15)을 형성하고, 탄성 시트(16')의 이면에 나이프 등을 사용하여 접착제를 도포하고 제2층(17)을 형성하여 제조되고, 이 백 시트(14')는 이 제1층(15)을 거쳐서 상기한 바와 같이 하여 제조된 광투과성 패드(11)의 이면(11b)에 접착할 수 있다.
<제1 실시예>
80 ℃로 가온한 우레탄프리폴리머(순도 90 ％ 이상의 메타크실렌디이소시아네이트)(100 ％)에, 120 ℃로 가온한 경화제(상품명 : MOCA, 듀퐁사)(30 ％)를 첨가한 혼합액을 성형형 내에 충전하고, 120 ℃에서 10분간 유지하여 판형의 무발포체를 성형하여 이를 성형형으로부터 취출하였다. 이 판형의 무발포체를 100 ℃의 항온조에서 12시간 유지한 후 자연 냉각시켰다. 이 판형의 무발포체를 직경 24인치의 원형으로 형 빼냄한 후, 소정의 두께로 연삭하여 양면을 다이아몬드 지립을 표면에 고정한 이미 알려진 면 수정 공구를 사용하여, 평균 표면 거칠기(Ra) 1 ㎛ 이하(거의 경면에 가까운 표면의 거칠기)로 연마하고, 두께 1.5 mm의 광투과성 패드를 제조하여 이를 제1 실시예의 연마 패드로 하였다.
<제2 실시예>
제2 실시예의 연마 패드는, 상기 제1 실시예의 연마 패드와 사용하는 수지(상기 실시예보다도 낮은 순도)가 다른 것 이외에는, 동일한 재료를 사용하여 동일한 조건으로 제조되었다. 즉, 80 ℃로 가온한 우레탄프리폴리머(순도 60 ％의 톨릴렌디이소시아네이트)(100 ％)에, 120 ℃로 가온한 경화제(상품명 : MOCA, 듀퐁사)(30 ％)를 첨가한 혼합액을 성형형 내에 충전하여 120 ℃에서 10분간 유지하고, 판형의 무발포체를 성형하여 이를 성형형으로부터 취출하였다. 이 판형의 무발포체를 100 ℃의 항온조에서 12시간 유지한 후 자연 냉각시켰다. 이 판형의 무발포체를 직경 24인치의 원형으로 형 빼냄한 후 소정의 두께로 연삭하고, 양면을 다이아몬드 지립을 표면에 고정한 이미 알려진 면 수정 공구를 사용하여 평균 표면 거칠기(Ra) 1 ㎛ 이하(거의 경면에 가까운 표면의 거칠기)로 연마하고, 두께 1.5 mm의 광투과성 패드를 제조하여 이를 제2 실시예의 연마 패드로 하였다.
(시험 1)
상기 제1 및 제2 연마 패드의 광투과율을 계측하고, 광투과성의 수지에 첨가되는 경화제의 순도 차이에 따른 각 연마 패드의 광투과율에 대해 조사하였다. 광투과율의 측정은, 각 연마 패드로부터 30 mm × 30 mm의 시험 부재(두께 1.5 mm)를 잘라내고, 이 시험 부재에 대해 분광 광도계(제조 번호 : DR/2010, 센트럴 가가꾸 가부시끼가이샤)를 사용하여 하기한 표 1의 조건으로 행하였다.
| 분해능 | 1 nm |
| 투광 소자(광원) | 할로겐 램프 |
| 수광 소자 | 실리콘 포토 다이오드 |
| 파장 범위 | 350 nm 내지 900 nm |
시험 1의 결과를 도7의 그래프에 나타낸다. 도7의 그래프 중, 부호 E1로 나타낸 곡선은 제1 실시예의 연마 패드의 광투과율이고, 부호 E2로 나타낸 곡선은 제2 실시예의 연마 패드의 광투과율이다.
도시한 그래프에 나타낸 바와 같이, 상기 제1 실시예의 연마 패드의 광투과율은 파장 약 370 ㎚ 이상의 범위에서 10 ％ 이상을 나타내고, 파장 약 400 ㎚ 이상의 범위에서 30 ％ 이상을 나타냈다. 또한, 제1 실시예의 연마 패드에서 사용한 경화제보다도 낮은 순도의 경화제를 사용하여 제조한 제2 실시예의 연마 패드의 광투과율은, 파장 약 390 ㎚ 이상의 범위에서 10 ％ 이상을 나타내고, 파장 약 400 ㎚ 이상의 범위에서 30 ％ 이상을 나타냈다. 이것으로부터 보다 높은 순도의 수지를 사용함으로써, 보다 짧은 파장에 있어서 보다 높은 광투과율의 연마 패드(광투과성 패드)를 제조할 수 있는 것을 알 수 있다.
또한, 제1 실시예에 있어서 수지로서 순도 90 ％ 이상의 다른 폴리우레탄계 수지(헥사메틸렌디이소시아네이트)를 사용해도, 동일한 결과를 얻을 수 있었다.
<제3 내지 제5 실시예>
제3 내지 제5 실시예의 연마 패드는 각 연마 패드의 두께가 서로 다르므로, 상기 제2 실시예의 연마 패드와 동일한 재료를 사용하여 동일한 조건으로 제조되었다. 제3 실시예의 연마 패드의 두께는 1.5 mm(상기 제2 실시예의 연마 패드와 동일)이고, 제4 실시예의 연마 패드의 두께는 1.0 mm이고, 제5 실시예의 연마 패드의 두께는 0.5 mm였다. 또한, 각 연마 패드의 양면의 평균 표면 거칠기(Ra)는 1 ㎛ 이하(거의 경면에 가까운 표면의 거칠기)였다.
<시험 2>
상기 제3 내지 제5 실시예의 연마 패드의 각각의 광투과율을 측정하여, 연마 패드의 두께에 대한 광투과율에 대해 조사하였다. 광투과율의 측정은, 상기 시험 1과 마찬가지로 각 연마 패드로부터 30 mm × 30 mm의 시험 부재를 취출하고, 이 시험 부재에 대해 분광 광도계(제품 번호 : DR/2010, 센트럴 가가꾸 가부시끼가이샤)를 사용하여, 상기한 표 1의 조건으로 행하였다.
시험 2의 결과를 도8의 그래프에 나타낸다. 도8의 그래프 중, 부호 E3 내지 E5로 나타낸 곡선은, 각각 제3 내지 제5 실시예의 연마 패드의 광투과율이다. 도시한 바와 같이, 연마 패드의 두께를 얇게 하면 광투과율을 높게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
<제6 내지 제8 실시예>
제6 내지 제8 실시예의 연마 패드는, 각각 다이아몬드 지립을 표면에 고정한 이미 알려진 면 수정 공구를 사용하여, 각 연마 패드의 표면을 평균 표면 거칠기(Ra) 3 ㎛로 연마한 것 이외에는 상기 제3 내지 제5 실시예의 연마 패드와 동일한 재료 및 동일한 조건으로 제조되었다. 제6 내지 제8 실시예의 연마 패드의 두께 는, 각각 1.5 mm, 1.0 mm 및 0.5 mm였다. 또한, 각 연마 패드의 이면의 평균 표면 거칠기(Ra)는 1 ㎛ 이하(거의 경면에 가까운 표면의 거칠기)였다.
<시험 3>
상기 제6 내지 제8 실시예의 연마 패드의 각각의 광투과율을 측정하여, 표면에 조한 면을 형성한 연마 패드의 두께에 대한 광투과율에 대해 조사하였다. 광투과율의 측정은, 상기 시험 1과 마찬가지로 각 연마 패드로부터 30 mm × 30 mm의 시험 부재를 취출하고, 이 시험 부재에 대해 분광 광도계(제품 번호 : DR/2010, 센트럴 가가꾸 가부시끼가이샤)를 사용하여, 상기한 표 1의 조건으로 행하였다.
시험 3의 결과를 도9의 그래프에 나타낸다. 도9의 그래프 중, 부호 E6 내지 E8로 나타낸 곡선은, 각각 제6 내지 제8 실시예의 연마 패드의 광투과율이다. 도시한 바와 같이, 도8에 나타낸 상기 제3 내지 제5 실시예의 연마 패드의 광투과율과 비교하여, 제6 내지 제8 실시예의 연마 패드와 같이 표면을 거칠게 가공하면, 연마 패드의 광투과율이 낮아지지만 연마 패드의 두께를 얇게 함으로써 광투과율을 높게 할 수 있는 것을 알 수 있다.
Claims (21)
- 표면에 연마면을 갖는 광투과성 패드로 이루어지고, 상기 연마면의 평균 표면 거칠기가 5 ㎛ 이하인 범위에 있고, 상기 광투과성 패드가 순도 60 % 이상의 폴리우레탄계의 수지와 경화제로 이루어진 판형의 무발포체로 이루어지는 연마 패드.
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- 제1항에 있어서, 상기 광투과성 패드가 그 이면에 오목부를 갖는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 광투과성 패드가 그 표면에 홈을 갖는 연마 패드.
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Legal Events
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| AMND | Amendment | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| J201 | Request for trial against refusal decision | ||
| AMND | Amendment | ||
| B701 | Decision to grant | ||
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| FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20120413 Year of fee payment: 6 |
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| LAPS | Lapse due to unpaid annual fee |