KR101186531B1 - 폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드 - Google Patents

폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드 Download PDF

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Abstract

본 발명은 폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드에 관한 것이다. 본 발명은 (a) 활성수소기 함유화합물을 포함하는 액상 경화제, 수산기를 함유하는 실리콘계 계면활성제, 발포조제인 물 및 연마제를 혼합하는 단계; (b) 상기 액상의 혼합물과 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 및 활성수소기 함유화합물을 포함하는 고상 경화제를 교반 혼합하면서 비반응성 기체를 주입 혼합하는 단계; (c) 상기 비반응성 기체가 주입된 혼합물을 주형에 토출 주입하여 시트를 성형하는 단계; (d) 상기 성형된 시트를 경화시키는 단계; 및 (e) 상기 경화된 시트에 마이크로 홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면 밀도 및 경도편차가 작고 재질이 안정화되어 연마 대상물질의 면내균일성을 향상시키고, 연마효율이 우수하며 연마공정 중 연마특성의 변화가 작은 연마패드를 생산할 수 있다는 효과가 있다.
폴리우레탄, 경화제, 물, 비반응성 기체, 마이크로 홀, 기공

Description

폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드{Polyurethane porous product and manufacturing method thereof and Polishing pad having Polyurethane porous product}
본 발명은 폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 반도체 웨이퍼, LCD 등의 평판 디스플레이, LED, 광학렌즈 등의 정밀기기 및 하드 디스크용 유리기판 등을 연마?평탄화하는데 사용되는 연마 패드용 폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 상기 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드에 관한 것이다
일반적인 반도체 웨이퍼의 화학적?기계적 연마/평탄화(CMP : Chemical Mechanical Polishing/Planarization)장치는 연마패드의 상부에 반도체 웨이퍼를 위치하게 한 후 웨이퍼 캐리어로 하중을 가하면서 턴테이블을 회전시킴과 동시에 연마슬러리를 연속적으로 공급함으로써 연마패드와 반도체 웨이퍼의 마찰로 인한 기계적 연마와 연마슬러리의 화학성분으로 인한 화학적 연마를 동시에 수행한다.
여기서 웨이퍼 캐리어는 웨이퍼를 이송하는 기능을 하고 연마슬러리 공급구는 연마슬러리를 공급하는 역할을 한다.
연마슬러리는 일반적으로 콜로이드 실리카(Colloidal Silica), 흄드 실리카(Fumed Silica) 또는 산화세륨(Cerium oxide)을 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화암모늄(NH4OH)을 용매로 하여 농도를 10~20%로 조절한 후, pH를 10~12로 조정한 고알칼리 수용액으로서 연마입자의 기계적인 연마작용을 돕고, 고알칼리 수용액은 화학적인 연마작용을 하게 된다.
국제공개특허 WO 9404599호에 기재된 연마패드는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머에 팽창된 유기고분자 중공구체를 첨가하여 균일하게 혼합한 다음, 경화제로서 활성수소기 함유 화합물인 4.4-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)(MOCA)과 혼합 경화시킨 주형시트를 일정한 두께로 절단하여 제조되는 것으로, 표면경도가 높기 때문에 압축변형이 작고 연마속도 및 평탄성이 양호하다. 그러나 미리 팽창된 유기 고분자 중공구체는 비중이 0.042정도로 매우 작아 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머와 비중차가 크기 때문에 이들 물질을 혼합시킨 혼합물은 상분리되기 쉽고 토출되는 액은 배합편차가 일어나기 쉽다. 따라서, 상기 혼합?교반한 수지 조성액을 금형 내에 주입하여 성형할 때 수지가 경화되기 전에 팽창된 미세중공구체가 부상하여 상부면 방향으로 편재되는 현상이 발생하게 된다. 때문에 성형물을 수평방향으로 슬라이스해서 얻은 일정두께의 연마패드는 윗면과 밑면 부근에서 밀도와 경도차가 발생하고, 재질이 균일하지 못하여 품질이 떨어지게 되며, 연마패 드의 로트간 특성편차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 유기 중공구체는 중공부에 저비점 탄화수소를 내포하고 바깥부분이 아크릴로니트릴-염화비닐리덴 공중합체나 아크릴로니트릴 공중합체의 열가소성 수지로 이루어져 있어, 연마 시 기공의 열가소성 수지로 인하여 스크래치(scratch)가 발생할 가능성이 높다는 단점이 있다.
대한민국 특허 제10-0418649호는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머에 팽창된 유기고분자 중공구체 또는 미팽창 유기고분자 중공구체를 혼합한 액을 제 1 탱크에 넣어서 70℃ 정도의 온도를 유지하도록 하고, 경화제인 4.4-메틸렌-비스-(2-클로로아닐린)(MOCA)를 제 2 탱크에서 120℃로 유지시킨 후, 적정량의 물을 제 3 탱크에 넣어 상온으로 유지시키고 이어서 상기 3가지 액을 고속으로 혼합 교반하여 경화시킨 연마패드용 폴리우레탄 다공질체를 개시하고 있다.
이러한 연마패드용 폴리우레탄 다공질체는 우레탄 프리폴리머와 중공구체와의 비중 차로 인해 연마패드의 밀도, 경도 및 물성의 편차가 발생하고, 아울러 별도의 제 3 탱크에서 물을 주입시킬 때 물과 우레탄 프리폴리머가 반응하여 형성되는 기공은 비중이 작은 유기 고분자 중공구체의 영향으로 인해 불안정한 상태가 되며, 생산 효율성이 낮다는 단점이 있다.
국제 공개특허 WO 2001/96434호에서는, 별도의 고분자 중공구체를 첨가하지 않고 연마패드 조성물 내에 비반응성 기체를 주입하여 기공을 형성시키는 기술이 공지되어 있다. 이에 따르면, 이소시아네이트기 말단 프리폴리머에 수산기를 포함하지 않는 비반응성 실리콘계 계면활성제를 혼합하여 제 1 성분액을 얻고, 제 1 성 분액에 비반응성 기체를 주입하면서 고속 교반하여 크림상의 기포 분산액을 만든후, 여과 망을 통과시켜 비교적 불균일하고 큰 기포를 제거한다. 상기 크림상의 기포 분산액을 2축 유성형 믹서에 넣고, 약 120℃로 용융 보온한 MOCA를 투입하고 혼합한 다음 주형에 넣고 경화시켜 연마패드용 폴리우레탄 발포체를 제조한다.
하지만 상기 연마패드는 크림상의 기포 분산액을 제조하는 공정에서 불균일하고 큰 기포가 형성되어, 불균일한 기공으로 인해 패드의 로트에 따른 연마특성의 편차가 발생하여 공정제어가 어렵고 제품 신뢰성이 떨어진다. 불균일하고 과도한 크기의 기포를 제거하기 위한 여과공정이 추가되어도 만족할만한 효과를 얻기 어려운 단점이 있다.
또한 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 성분에 비반응성 기체가 주입되어 크림상의 기포 분산액을 제조하므로, 조성물의 물성 변화를 최소화 하기 위해서는 신속히 두 성분의 혼합공정이 진행되어야 한다.
즉, 수분 등 주변 분위기에 민감한 우레탄 프리폴리머의 보존성에 악영향을 미칠 수 있고, 비연속적인 기공 형성단계로 인하여 생산효율이 낮고 로트별 편차가 발생하여 재현성 있는 제품 생산이 어려운 문제점을 내포하고 있다. 아울러 경화제의 녹는점이 높은 관계로 이소시아네이트기 말단 프리폴리머에 비이온성 실리콘계 계면활성제를 첨가해야 하므로, 혼합공정 중에 우레탄 프리폴리머의 이소시아네이트기와 실리콘계 계면활성제의 수산기가 반응하는 것을 방지하기 위해 수산기를 함유하지 않는 비반응성 실리콘계 계면활성제 만을 선택 사용하여야 하는 제약이 있다.
WO 9404599, 대한민국 특허 제10-0418649호 및 WO 2001/96434는 활성수소기 함유 화합물인 경화제로서 상온에서 고상이며 일반적으로 녹는점이 90℃ 이상인 방향족 폴리아민을 개시하고 있다. 일반적으로 상온에서 고상인 방향족계 폴리아민은 보통 110℃ 이상의 고온에서 용해시켜 점도를 조절해야 하므로, 이 온도에서 정포제 혹은 첨가제 등을 혼합할 경우 적정 온도 및 점도 조절에 애로사항이 있고, 정포제와 첨가제의 물리화학적인 특성이 변화될 가능성이 있다.
따라서 기타 성분을 첨가할 경우에는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머와 혼합하여 사용해야만 하는 제한적인 요소가 있으며, 수분 등 주변 분위기에 민감한 반응성을 나타내는 우레탄 프리폴리머와의 혼합은 생산안정성 및 보관상에 한계가 있는 단점이 있다.
한편, 일본 특허공개 제2002-13445호에서는 연마 슬러리 유지량을 높혀 연마효율을 개선하기 위하여 친수성 폴리올을 도입한 우레탄 프리폴리머를 활용하는 기술이 공지되어 있다. 연마공정에서는 연마 슬러리에 대한 연마패드의 습윤성이 중요한데, 연마 패드의 습윤성이 지나치거나 친수성 미반응 성분이 잔존하게 되면, 연마 슬러리 중의 용액이 연마패드 표면에서 흡수되어 연마패드가 팽윤되고 면내균일성 및 연마 속도의 안정성이 떨어진다. 상기 특허의 문제점으로는, 친수성 폴리올을 이소시아네이트기와 반응시킬 시 미반응 폴리올 성분이 우레탄 프리폴리머에 잔존할 가능성이 높고, 상기 미반응 폴리올 성분이 물성 저하 요인으로 작용하는 경향이 있다.
또한, 화학기계적 연마/평탄화(CMP: Chemical Mechanical Polishing/ Planarization)공정을 실시할 때 연마 대상물질과 연마패드 사이에는 연마제가 함유된 슬러리를 주입하여서 연마를 실시하게 된다. 상기 슬러리는 고가인 연마제(abrasive) 등의 약품으로 이루어져 있는데, 사용하는 양보다 외부에서 공급하는 공정의 특성상 유실되는 양이 많고 연마제가 실제로 이용되는 효율이 낮아 경제적 관점에서 상당한 손실이 발생하는 문제가 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은 상온에서 액상인 경화제로서 방향족 폴리아민 또는 지방족 아민 또는 저분자량 글리콜을 이용하고, 기포조제로서 이소시아네이트 성분과 반응하는 물을 더 포함하여 기공의 크기를 조절하며, 재질의 안정성, 면내균일성, 연마효율이 향상된 폴리우레탄 다공질체의 제조방법과 그 제조방법에 따른 폴리우레탄 다공질체 및 폴리우레탄 다공질체를 구비한 연마패드를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 (a) 활성수소기 함유화합물을 포함하는 액상 경화제, 수산기를 함유하는 실리콘계 계면활성제, 발포조제인 물 및 연마제를 혼합하는 단계; (b) 상기 액상의 혼합물과 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 및 활성수소기 함유화합물을 포함하는 고상 경화제를 교반 혼합하면서 비반응성 기체를 주입 혼합하는 단계; (c) 상기 비반응성 기체가 주입된 혼합물을 주형에 토출 주입하여 시트를 성형하는 단계; (d) 상기 성형된 시트를 경화시키는 단계; 및 (e) 상기 경화된 시트에 마이크로 홀을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법을 제공한다.
바람직하게 상기 (a)단계의 액상 경화제는 방향족 폴리아민 화합물, 지방족 아민계 화합물, 분자량이 250 이하인 글리콜 화합물 중에서 하나 이상의 화합물을 포함한다.
또한, 상기 (e)단계에서 상기 마이크로 홀을 형성하는 것은, (e1) 상기 경화된 시트의 표면에 용제를 도포하는 단계; (e2) 상기 용제가 도포된 시트를 1~5분간 방치하는 단계; 및 (e3) 상기 방치된 시트를 80~100℃의 온도에서 건조시키는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 방향족 폴리아민 화합물은 디메틸티오 톨루엔디아민, 디에틸 톨루엔아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,4/2,6-톨루엔디아민, m-크실렌, p-크실렌, 3,3-디에틸-4,4-디아미노 디페닐메탄을 포함하고, 상기 지방족 아민계 화합물은 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민을 포함하며, 상기 분자량이 250 이하인 글리콜 화합물은 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (e1)단계에서 상기 경화된 시트의 표면에 용제를 도포하는 것은 그라비아 인쇄롤에 상기 경화된 시트를 통과시켜 상기 용제가 도포되도록 할 수 있다.
또한, 상기 경화된 시트의 표면에 도포되는 용제는 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸 아세테이트, 톨루엔(toluene) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.
또한, 상기 (b)단계의 고상 경화제는 4,4-메틸렌비스-o-클로로아닐린, 2,6 디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4-메틸렌비스(2,6-디에틸아닐린), 4,4-메틸렌비스(2,6-디메틸아닐린) 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함한다.
또한, 상기 (a)단계의 액상 경화제의 함량은 상기 액상 경화제와 상기 고상 경화제를 합한 전체 경화제 100 중량부를 기준으로 10~70 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b)단계의 비반응성 기체의 주입양은 상기 주형에 토출되는 혼합물의 토출량 1㎏을 기준으로 0.01~1.5ℓ/min의 양으로 주입되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a)단계의 발포조제인 물의 함량은 상기 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.001~3 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (b)단계의 비반응성 기체는 건조공기, 질소, 산소, 아르곤 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
또한, 상기 액상 경화제와 상기 고상 경화제를 합한 전체 경화제의 함량은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 10~40 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 (a)단계의 연마제는 입경이 1~5㎛인 실리카, 세륨 옥사이드, 산화 회토, 산화 알루미늄, 산화 바리윰 중 어느 하나 이상 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기의 어느 한 가지 방법으로 형성된 폴리우레탄 다공질체를 제공한다.
바람직하게, 상기 폴리우레탄 다공질체의 상부면에는 패드 표면에 X-Y축 직교형상으로 형성된 마크로 그루브와, 상기 마크로 그루브 사이에 X-Y 직교형상으로 형성되고, 상기 마크로 그루브와는 다른 깊이로 형성되는 마이크로 그루브를 구비할 수 있다.
또한, 상기 마크로 그루브는 깊이가 0.3~1.5㎜, 폭이 0.1~1.0㎜, 피치가 1.0~8.0㎜이고, 상기 마이크로 그루브는 깊이가 0.2~1.0㎜, 폭이 0.1~0.5㎜, 피치가 1.0~5.0㎜인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리우레탄 다공질체의 밀도는 0.5~0.95g/㎤인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 폴리우레탄 다공질체의 경도는 shore D=40~80인 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명은 제 14 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항의 폴리우레탄 다공질체; 및 상기 폴리우레탄 다공질체의 하부면에 부착되어 상기 폴리우레탄 다공질체를 지지하는 지지패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드를 제공한다.
바람직하게 상기 지지패드는 상기 폴리우레탄 다공질체보다 경도가 작고, 압축률이 큰 부직포 또는 고분자 폼인 것으로 한다.
본 발명에 따르면 밀도 및 경도편차가 작고 재질이 안정화되어 연마 대상물질의 면내균일성을 향상시키고, 연마효율이 우수하며 연마공정 중 연마특성의 변화가 작은 연마패드를 생산할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 연마패드의 경도와 기공의 크기를 적정하게 조절할 수 있고 생산성이 뛰어나다는 효과가 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설 명한다. 우선 각 도면의 구성 요소들에 참조 부호를 첨가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 실시될 수 있음은 물론이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 다공질체의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 다공질체의 주사전자현미경 사진이며, 도 3은 도 1의 폴리우레탄 다공질체의 제조방법을 나타낸 순서도 이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 다공질체(100)는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 액상 경화제, 고상 경화제, 계면활성제, 물 및 연마제를 혼합하여 형성한다. 이러한 폴리우레탄 다공질체(100)에는 도 1과 도 2에 도시된 바와 같은 미세한 기공(110,112)들이 형성된다. 또한, 이러한 기공(110,112)들 사이에는 상기 기공(110,112)보다 더욱 미세한 마이크로홀(120)이 형성된다.
이하, 도 3을 참조하여 상기 폴리우레탄 다공질체(100)와 그 제조방법을 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 액상 경화제, 계면활성제, 물 및 연마제를 계량 및 혼합한다(S10).
여기서 액상 경화제는 활성 수소기 함유 화합물로서 상온에서 액상이거나 녹 는점이 40℃ 이하의 방향족계 디아민 화합물인 디메틸티오 톨루엔디아민, 디에틸 톨루엔아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,4/2,6-톨루엔디아민, m-크실렌, p-크실렌, 3,3-디에틸-4,4-디아미노디페닐메탄 등의 방향족 디아민 화합물 중에서 선택하여 단독으로 사용하거나 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또는 액상 경화제로서 활성수소기 함유 화합물이며, 상온에서 액상인 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민과 같은 지방족 아민계나 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜 등의 분자량이 250 이하인 저분자량 글리콜 화합물 중에서 하나 이상 선택하여 단독 또는 혼합하여 사용할 수 있다.
액상 경화제로서는 디메틸티오 톨루엔디아민 등의 방향족 디아민계 화합물이 더욱 바람직하다. 이는 방향족 디아민계 화합물을 사용하는 경우에는 반응성 조절이 비교적 쉽고, 고경도화가 용이하기 때문이다.
이러한 상온에서 액상이거나 녹는점이 40℃ 이하인 액상 경화제의 함량은 상기 액상 경화제와 상기 고상 경화제를 합한 전체 경화제 100 중량부를 기준으로 10~70 중량부인 것이 좋으며, 더 바람직하게는 20~45 중량부로 한다.
계면활성제는 폴리우레탄 다공질체(100)의 표면장력을 낮추고 기공(110,112)의 크기 분포도를 균일하게 해주는 역할을 한다. 이러한 계면활성제로서는 실리콘계 계면활성제가 적합하다.
특히, 수산기를 함유하는 실리콘계 계면활성제는 분자구조 내에 프로필렌 글리콜, 실리콘 글리콜 등의 수산기 함유 성분이 존재하는데, 이들 수산기가 기 공(110,112)의 안정성에 기여하면서 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머와 반응함으로 인하여 제조공정 중 혹은 제조 후에도 잔존 계면활성제가 폴리우레탄 다공질체(100)의 표면으로 이행되지 않는 안정한 구조를 이룰 수 있다.
수산기를 포함하지 않는 계면활성제의 경우에는 폴리우레탄 다공질체(100)의 제조공정 중이나 제조 후에 잔존하는 계면활성제가 표면으로 이행되어 폴리우레탄 다공질체(100)의 평탄화 혹은 연마효율에 악영향을 미칠 수 있다.
계면활성제의 함량은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 계면활성제 0.1~10 중량부, 바람직하게는 1~6 중량부, 더욱 바람직하게는 2~5 중량부이다. 계면활성제의 함량이 0.1 중량부 미만이면 균일한 기공(110,112)의 형성이 어렵고, 10 중량부 이상이면 지나치게 많은 양의 기공(110,112)이 형성되어 폴리우레탄 다공질체(100)의 밀도와 경도가 낮아져 연마특성이 저하된다.
한편, 연마공정 중에 주입하는 슬러리의 유지량 및 폴리우레탄 다공질체(100)의 습윤성을 향상시키기 위한 방법으로서, 제 1 기공(110)형성을 위한 발포조제로서의 물을 첨가한다.
S10단계에서 활성수소기를 함유하는 액상 경화제와 함께 혼합되는 물은 후술하는 S20단계에서 이소시아네이트 성분과 반응하여 이산화탄소를 발생시키는데 이러한 이산화탄소에 의해 제 1 기공(110)이 형성된다.
이러한 제 1 기공(110)은 S20단계에서 비반응성 기체에 의해 형성되는 제 2 기공(112)과 함께 폴리우레탄 다공질체(100)에 혼재하게 되는데, 제 2 기공(112)보 다 크게 형성되는 제 1 기공(110)에 의해 슬러리 유지량이 커지게 되어 연마효율을 향상시킬 수 있게 되는 것이다.
물에 의해 형성되는 제 1 기공(110)의 입자 직경은 80~500㎛이고, 그 수는 비반응성 기체에 의해 형성되는 제 2 기공(112)과 대비할 때 1/10~1/20인 것이 바람직하다. 적절한 비중, 경도 및 표면 거칠기를 유지하기 위해서 물에 의한 제 1 기공(110)의 크기를 조절해야 할 경우에는, S20단계에서의 혼합액을 토출하기 전에 메쉬에 통과시켜 과도하게 큰 기공을 여과 제거하는 것이 바람직하다.
발포조제인 물의 함량은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부 기준으로 0.001~3 중량부, 바람직하게는 0.01~0.5 중량부이다. 물의 함량이 0.001 중량부 미만이면 물에 의한 제 1 기공(110) 수가 너무 적고, 3 중량부를 초과하면 제 1 기공(110)의 수가 너무 많아 폴리우레탄 다공질체(100)의 경도가 저하되며, 표면이 거칠어져서 면내균일성 및 평탄성이 나빠지게 된다.
연마제는 산화 세륨(Cerium oxide), 산화회토(Rare earth oxide), 산화알루미늄(Aluminu oxide), 퓸드 실리카(Fumed silica) 중에서 선택되는 어느 하나 또는 두 가지 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 연마제 입자의 직경은 1~5㎛가 적합하며, 1~3㎛ 이하인 것이 더욱 바람직하다.
연마제의 배합량은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 3~40 중량부인 것이 바람직하다.
바람직하게 S10단계에서는 촉매를 더 첨가하여 혼합한다.
촉매는 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머의 반응성을 조절하는 것으 로 아민계 촉매와 금속계 촉매 중에서 어느 한가지 또는 두 가지를 병용하여 사용할 수 있다.
아민계 촉매로는 triethyl amine, Bis(dimethyl amino ethyl ether), N,N-dimethyl cyclohexyl amine, Tris(dimethyl amino propyl amine) 등을 사용할 수 있으며, 금속계 촉매로서는 Stannous octoate, Dibutyltin dilaurate 등이 적합하다.
상기 열거한 촉매 이외에도 형성하고자 하는 폴리우레탄 다공질체(100)의 물성에 따라 다양한 촉매를 선택할 수 있고, 상기의 예에 국한되지 않는다.
이러한 촉매의 함량은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.002~3 중량부, 바람직하게는 0.01~1 중량부, 더욱 바람직하게는 0.02~0.3 중량부이다. 촉매의 함량이 0.002 중량부 미만이면 반응이 너무 느리고, 3 중량부를 초과하면 우레탄 반응이 지나치게 빨라 가사시간(Pot life)이 짧으므로 가공 성형성이 악화되어 제품의 균일도가 떨어진다.
S10단계에서는 상술한 성분 이외에도 형성하고자 하는 폴리우레탄 다공질체(100)의 특성에 따라 다양한 첨가제를 더 혼합할 수 있다.
S10단계에서처럼 고상 경화제를 첨가하지 않고, 액상 경화제 계면활성제, 물 및 연마제를 먼저 혼합하는 이유는 고상 경화제는 대부분 녹는점이 90℃ 이상이므로 고온에서만 점도 조절이 가능하여 이소시아네이트기 말단 프리폴리머와 용융상태의 경화제 성분의 온도편차가 커지기 때문이다. 온도편차가 커지게 되면 기공의 크기 편차가 발생하고, 적정량의 첨가제와 촉매, 무기화합물 등을 혼합하기 어렵기 때문에 액상 경화제를 비롯한 실리콘계 계면활성제, 첨가제, 촉매, 물 등을 먼저 혼합하는 것이 바람직하다.
이어서 상기 S10단계에서 혼합된 혼합물을 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 및 고상 경화제와 혼합 및 교반하면서 비반응성 기체를 주입 혼합한다(S20).
이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올 및 쇄연장제의 반응물이다.
이소시아네이트 화합물로는 톨루엔 디이소시아네이트(TDI)를 사용하는 것이 바람직하지만, 본 발명의 효과를 저해하지 않는 범위 내에서라면 다른 디이소시아네이트 류의 화합물을 병용하여도 무방하다. 그 예로는 4.4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 크실렌 디이소시아네이트(XDI), 이소포론 디이소시아네이트(IPDI), 수첨화 디페닐메탄 디이소시아네이트(H12MDI) 등이 있다.
폴리올은 수평균 분자량 200~1,500의 폴리(옥시 테트라메틸렌)글리콜, 폴리(옥시프로필렌)글리콜 등의 폴리 에테르계 폴리올과 폴리카보네아트계 폴리올, 폴리 에스테르계 폴리올 등을 단독으로 또는 둘 이상을 병용하여 이용할 수 있다.
수평균 분자량이 200 미만인 경우에는 과도한 고경도화 우려가 있고 취성이 강해 스크래치가 발생되며, 수평균 분자량이 1,500을 초과하는 경우에는 폴리우레탄 다공질체(100)의 경도가 저하되어 연마속도 및 평탄화 특성이 악화될 가능성이 있다.
쇄연장제는 에틸렌글리콜, 1.2-프로필렌글리콜, 1.3-프로필렌글리콜, 1.4-부탄디올, 네오펜틴글리콜, 1.5-펜탄디올, 1.6-헥산디올, 디에틸렌글리콜, 디프로필렌글리콜 등의 저분자량 폴리올 중에서 하나를 단독으로 사용하거나 두 가지 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
이소시아네이트 말단 우레탄 프리폴리머의 NCO중량%는 6~12 NCO중량%가 바람직하고 8~10 NCO중량%가 더욱 바람직하다. NCO중량%가 너무 크게 되면 고경도화 되어 평탄화 특성은 향상되지만 면내 균일성이 저하되고 스크래치가 발생되기 쉽다.
고상 경화제는 활성수소기를 함유하는 화합물로서 상온에서 고상인 방향족 디아민계 화합물을 이용할 수 있다. 예를 들어, 상온에서 고상인 경화제로서는 4,4-메틸렌비스-o-클로로아닐린, 2,6 디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4-메틸렌비스(2,6-디에틸아닐린), 4,4-메틸렌비스(2,6-디메틸아닐린) 등 녹는점이 80℃ 이상의 물질을 이용할 수 있다. 이 중에서 가장 바람직하게는 4,4-메틸렌비스-o-클로로아닐린을 사용한다.
고상 경화제의 함량은 액상 경화제와 고상 경화제를 모두 포함한 전체 경화제 100 중량부를 기준으로 30~90 중량부이며 바람직하게는 55~80중량부로 한다. 고상 경화제의 함량이 30 중량부 미만인 경우에는, 액상 경화제 없이 고상 경화제를 단독으로 사용한 폴리우레탄 다공질체(100)와 비교할 때 동일 밀도 대비 경도가 작고 내구성이 저하되기 때문에 연마효율 및 내구성이 좋지 않다는 단점이 있다. 한편, 고상 경화제의 함량이 90 중량부를 초과하는 경우에는, 정포제, 첨가제, 물 및 연마제 성분을 혼합하는데 있어서 생산 효율성이 떨어지고 고탄성율로 인한 스크래 치가 발생하기 쉽다.
S10 단계의 혼합물과 S20 단계의 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 및 고상 경화제의 혼합물을 고속교반 주형기의 믹싱헤드 내에서 혼합 반응시키면서, 상기 혼합물의 토출량 1kg 기준으로 0.01~1.5ℓ/min의 양으로 비반응성 기체를 연속적으로 주입 혼합한다. 바람직하게는 혼합물의 토출량 1kg 기준으로 0.1~0.8 ℓ/min 가량이 적당하다. 이러한 비반응성 기체는 폴리우레탄 다공질체(100)의 내부에 제 2 기공(112)이 형성되도록 하는 것으로 비반응성 기체의 주입량이 0.01ℓ/min 미만이면 제 2 기공(112)의 형성 개수가 너무 적고, 1.5ℓ/min를 초과하면 형성된 제 2 기공(112)의 개수가 너무 많아 폴리우레탄 다공질체(100)의 경도가 낮고 면내 균일성 및 평탄성이 저하된다. 비반응성 기체의 주입에 의해 형성된 폴리우레탄 다공질체(100)의 기공 크기는 평균 20~70㎛이며, 바람직하게는 30~60㎛이다.
이때, 주입되는 비반응성 기체는 건조 공기(dry air), 질소(nitrogen), 산소(oxygen), 아르곤(argon) 등과 같이 상기 화합물의 화학반응에 영향을 미치지 않는 것을 사용하며 작업 공정상 질소가스가 바람직하다.
고속교반 주형기를 이용하여 혼합할 때의 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머나 활성수소 화합물을 함유하는 액상 경화제 및 고상경화제의 온도는 고속교반 주형기 내에서의 화학반응에 지장을 주지 않는 범위 내인 것이 좋다. 구체적으로는 이소시아네이트기 말단 프리폴리머는 30~80℃의 온도범위로 조절하는 것이 좋고, 특히 이소시아네이트기 말단 프리폴리머의 점도를 용이하게 조절하기 위해서는 50~70℃의 온도범위인 것이 바람직하다.
상기한 바와 같이 비반응성 기체가 주입되어 혼합 교반된 혼합물을 주형에 주입하여 시트형태로 성형하고(S30), 성형된 시트를 가열오븐 내에서 경화시킨다(S40).
그리고나서, 상기 시트를 그라비아 인쇄롤에 통과시키고 건조하여 마이크로 홀(120)을 형성한다(S50). 이렇게 제조된 폴리우레탄 다공질체(100)는 적절한 두께로 절단하여 사용할 수 있다.
여기서 마이크로 홀(120)은 폴리우레탄 다공질체(100)의 근본적인 물성 저하 없이 폴리우레탄 다공질체(100)의 습윤성을 개선하는 역할을 한다. 이러한 마이크로 홀(120)은 그라비아 인쇄 롤을 통과시켜 폴리우레탄 다공질체(100)의 표면에 형성시킬 수 있다.
더욱 구체적으로는 시트의 형태로 경화된 폴리우레탄 다공질체(100)의 표면에 디메틸포름아미드(DMF) 용액 등을 200 mesh 이하의 그라비아 인쇄 롤을 이용하여 도포한 후 1~5분간 방치하여 표면을 미세하게 용해시키고 나서 80~100℃ 온도로 건조시킴으로써 마이크로 홀(120)을 형성시킨다.
이렇게 하면 비반응성 기체 및 물에 의해 형성된 기공(110,112) 사이에 약 3㎛ 이하의 마이크로 홀(120)이 형성되어, 슬러리의 흡수성을 향상시키게 되는 것이다. 이때, 마이크로 홀(120)을 형성시키는 용제는 디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 톨루엔(Toluene) 등의 용제를 사용할 수 있으며 바람직하게는 작업 공정상 디메틸포름아미드를 사용한다.
한편, S10~S50단계를 통해 제조된 폴리우레탄 다공질체(100)의 상부면에는 연마 공정 시 공급되는 슬러리의 균형적인 유동 및 분포를 위하여, 즉 슬러리의 손실을 최소화하고 슬러리가 표면에 골고루 분포되도록 하기 위해 도 4에 도시된 바와 같은 그루브(220,230)를 형성할 수 있다.
이러한 그루브(220,230)는 폴리우레탄 다공질체(100)의 상부면에 X-Y축 직교형상으로 형성된 마크로 그루브(220)와, 상기 마크로 그루브(220) 사이에 X-Y 직교형상으로 형성되고, 상기 마크로 그루브(220)와는 다른 깊이로 형성되는 마이크로 그루브(230)로 이루어진다.
경우에 따라서는 마크로 그루브(220) 또는 마이크로 그루브(230) 중에 어느 하나만을 형성시킬 수도 있으나, 바람직하게는 마크로 그루브(220)와 그 사이에 마이크로 그루브(230)가 함께 형성되도록 하는 것이 좋다.
마크로 그루브(220)의 형상은 깊이 0.3~1.5mm, 폭 0.1~1.0mm, 피치 1.0~8.0mm 이며, 마이크로 그루브(230)는 깊이 0.2~1.0mm, 폭 0.1~0.5mm, 피치 1.0~5.0mm인 것이 바람직하다.
한편, S10~S50단계를 통해 제조된 폴리우레탄 다공질체(100)의 밀도는 0.5~0.95g/㎤인 것이 좋고 바람직하게는 0.7~0.9g/㎤인 것이 좋다. 또한, 연마공정 시 웨이퍼의 연마효율, 면내균일성, 평탄성 측면에 있어서 중요한 여겨지는 폴리우레탄 다공질체(100)의 경도는 shore D=40~80의 범위가 좋고 특히 shore D=50~65의 범위에 있는 것이 바람직하다.
경도가 shore D=40 미만이면 스크래치 발생 가능성은 낮아지지만 면내균일성, 평탄성 및 연마효율은 떨어지고, 반대로 경도가 shore D=80을 초과하면 면내균 일성, 평탄성이 향상되지만 스크래치가 발생할 가능성이 높아진다.
상기의 S10~S50단계를 거쳐 형성된 폴리우레탄 다공질체(100)의 하부면에는 지지패드(210)를 부착하여 도 5에 도시된 바와 같은 연마패드(200)를 형성할 수 있다.
여기서 지지패드(210)로는 상기한 폴리우레탄 다공질체(100)를 지지하고 완충역할을 하는 부직포 혹은 고분자 폼을 부착한다. 지지패드(210)는 상기 폴리우레탄 다공질체보다 경도가 작고, 압축률이 큰 부직포 또는 고분자 폼인 것이 좋은데, 바람직하게 지지패드(210)는 압축율 5~15%, 압축탄성율 55~75%, 경도는 60~78 Shore A인 부직포가 적당하다.
이하, 실시예와 비교예를 통해 본 발명에 따른 연마패드(200)의 특성을 설명한다.
<연마특성 평가방법>
1. 연마시험을 1분간 행하여 시험 전후의 피연마물의 두께를 측정한다. 측정위치는 연마면 내에 49개의 위치를 미리 정해둔다. 측정위치 49개의 연마시험 전후의 두께 차에 대한 평균치를 산출해 연마패드 1장의 연마속도로 한다.
2. 동일한 미세기공 함유 연마패드 10장분 연마속도의 평균치 A 및 분산치 B를 A±B로 표기해 연마특성과 로트간 편차를 평가한다. A는 연마특성에 관한 것으로 수치가 틀수록 연마효율이 뛰어남을 나타내고 있다. B는 로트간 편차에 관한 것으로 수치가 적을수록 연마특성이 안정하다는 것을 나타낸다.
[비교예 1]
이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머[Adiprene L-325(NCO 9.2%)] 100 중량부에 수산기를 포함하지 않는 실리콘계 비이온 계면활성제[상품명 : SH-192] 1 중량부를 첨가 혼합한 후, 혼합기에서 비반응성 기체를 투입하면서 약 900rpm으로 고속교반하여 크림상의 기포 분산액을 얻었다. 상기 기포 분산액을 여과망을 통과시켜 불균일한 기포를 제거한 후, 고속 혼합기로 이송하여 120℃에서 용해시킨 methylene bis-o-chloroaniline[MBCA, 이하라 케미컬(주)] 26.2 중량부를 혼합하고 금형에 주입한 후 80~85℃의 온도에서 약 12시간 정도 경화시켰다. 주형물을 25℃까지 냉각시킨 후에 1.27mm 두께로 슬라이스하여 폴리우레탄 다공질체를 제작했다.
폴리우레탄 다공질체 표면과 웨이퍼 사이의 슬러리 유입량을 효과적으로 조절하여 연마효율을 높이고자 폴리우레탄 다공질체의 표면에 그루브를 형성시켰다. 폴리우레탄 다공질체의 표면 상에 X-Y축을 중심으로 X-Y 형상의 매크로(macro) 그루브를 형성시키고 동시에 폭, 깊이 피치를 달리하는 마이크로(micro) 그루브를 형성시킨 폴리우레탄 다공질체의 상부면에, 두께 1.25±0.03 mm, 압축율 10±3, 경도 70±2 Shore A인 우레탄 함침 부직포를 접합시켜 연마패드를 제조하였다.
상기 방법에 따라 제조한 연마패드를 연마장치에 장착해서 SiO2 막의 연마특성을 평가하였다. 연마 슬러리의 유입량을 150 ㎖/min, 웨이퍼 하중을 5.5 psi, 턴테이블 회전 수를 30rpm, 연마시간을 60초로 한 연마조건에 연마를 행하였다.
[비교예 2]
이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머[Adiprene L-325] 100 중량부에 수산기를 포함하지 않는 실리콘계 비이온 계면활성제[상품명 : SH-192] 3 중량부를 첨가 혼합한 후 감압 탈포하였다. 혼합기에서 비반응성 기체를 투입하면서 약 900rpm으로 약 4분 정도 고속교반하여 크림상의 기포 분산액을 얻었다. 상기 기포 분산액을 여과망을 통과시켜 불균일한 기포를 제거한 후, 고속 혼합기로 이송하여 70℃에서 온도조정 한 3,5-비스(메틸티오)-2,4/2,6-톨루엔디아민[상품명: 에타큐어 300, 알베머사 제품] 21 중량부를 혼합하고 금형에 주입한 후 약 100℃의 온도에서 약 12시간 정도 경화시켰다. 주형물을 25℃까지 냉각시킨 후에 1.27mm 두께로 슬라이스하여 폴리우레탄 다공질체를 제작했다.
그리고나서, [비교예 1]과 같은 방법으로 그루브를 형성시킨 다음 연마패드를 제조하였으며, [비교예 1]과 동일한 연마조건으 로 연마를 실시하였다.
[실시예 1]
이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머[Adiprene L-325(NCO 9.2%)] 100 중량부에 수산기를 포함하는 실리콘계 비이온 계면활성제[상품명 : SH-193] 3 중량부를 첨가 혼합한 후 약 70℃에서 2시간 동안 혼합 반응시키고 탈포 시켰다. 상기 반응액을 기포형성(air nucleation type) 주형기로 이송한 후, 120℃에서 미리 용 해시킨 고상 경화제[MOCA] 24 중량부를 첨가하면서 비반응성 기체인 N2 가스를 mass flow meter를 이용하여 혼합물의 토출량 1kg당 0.5ℓ/min의 양으로, 공급장치의 압력 5bar, 토출량 5kg/min, 고소 교반 주형기의 교반속도는 5,000 rpm의 공정조건 하에서 혼합하고 금형에 주입한 후 100℃의 온도에서 12시간 동안 경화시켰다. 주형물은 25℃까지 냉각한 후에 상기 [비교예 1]과 동일한 두께로 폴리우레탄 다공질체를 제조하였다.
그 후 상기 [비교예 1]과 같은 방법으로 그루브를 형성시킨 다음 연마패드를 제조하였으며, [비교예 1]과 동일한 연마조건으로 연마를 실시하였다.
[실시예 2]
상기 [실시예 1]과 동일한 공정으로 폴리우레탄 다공질체를 제조한 후, 그 표면에 디메틸포름아미드(DMF) 용액을 200 mesh의 그라비아 인쇄롤로서 도포시켜 2분간 방치 후 80℃ 온도로 건조시켜 마이크로 홀을 형성시켰다. 이어서, 상기 [비교예 1]의 제조방법과 동일하게 슬라이스 공정을 거친시킨 다음 연마패드를 제작하였다.
상기 폴리우레탄 다공질체에 [비교예 1]과 같은 방법으로 그루브를 형성시켜 연마패드를 제조하였으며, [비교예 1]과 동일한 연마조건으로 연마를 실시하였다.
[실시예 3~6]
실리콘계 계면활성제와 액상 경화제[Etacure-300]를 40℃에서 1시간 동안 혼합 탈포하여 주형기로 이송시시킨 후, 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머, 고상 경화제[MOCA]를 첨가하여 고속 교반 주형기의 믹싱헤드 내에서 혼합하면서 토출하였다. 이어서 상기 [실시예 1]과 동일한 방법으로 연마패드를 제조하되, 각 성분의 배합량은 하기 [표 1]과 같이 하였다. 또한, 실시예 6에서는 연마패드를 제조하기 전에 폴리우레탄 다공질체 표면에 디메틸포름아미드(DMF) 용액을 200 mesh의 그라비아 인쇄롤로서 도포시켜 2분간 방치 후 80℃ 온도로 건조시켜 마이크로 홀을 형성시켰다.
우레탄 프리폴리머(L-325) 경화제(중량부) 계면활성제/중량부 mass folw meter 조절(N2 가스량) 교반속도(rpm) 그라비아 인쇄
MOCA Etacure-300
비교예 1 100 26.2 - SH-192/1 - 900 ×
비교예 2 100 - 21 SH-192/3 - 900 ×
실시예 1 100 25 - SH-193/3 0.5 ℓ/min 5,000 ×
실시예 2 100 25 - SH-193/3 0.5 ℓ/min 5,000 ○
실시예 3 100 20 4.3 SH-193/3 0.5 ℓ/min 5,000 ×
실시예 4 100 13.2 10.5 SH-193/3 0.5 ℓ/min 5,000 ×
실시예 5 100 8.0 14.8 SH-193/3 0.5 ℓ/min 5,000 ×
실시예 6 100 13.2 10.5 SH-193/3 0.5 ℓ/min 5,000 ○

상기 [표 1]의 각 비교예와 각 실시예에 따른 연마패드의 물성 및 연마특성평가에 대한 결과는 하기 [표 2]에 나타내었다.
Figure 112011065091928-pat00010
상기 [표 2]에서 확인되는 바와 같이 비반응성 기체를 이용하여 제 2 기공을 형성한 실시예 1~6이 비교예 1~2에 비해 연마속도와 면내균일성이 향상됨을 알 수 있다. 또한, 액상 경화제를 첨가한 실시예 3~4가 다른 것들에 비해 cell 형상 치밀도가 우수하다는 것을 알 수 있다.
한편, 발포조제로서의 물과 연마제를 첨가하여 제조한 연마패드의 연마특성을 테스트하기 위해 하기 위해 다음과 같이 실시예 7~12를 제조하였다.
[실시예 7~12]
비반응성 기체인 N2 가스를 혼합물의 토출량 1kg당 0.5ℓ/min의 양으로 주입하되, 공급장치의 압력은 3bar, 토출량은 5kg/min, 고속 교반 주형기의 교반속도는 5,000 rpm으로 하고, 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 반응형 실리콘계 계면활성제(DC-193)를 3중량부 첨가한다. 이 외에는 상기 [실시예 1]과 동일하게 제조하되 물 및 연마제 등의 각 성분의 배합량은 하기 [표 3]과 같이 하여 연마패드를 제조하였다. 또한, 실시예 8, 실시예 10 및 실시예 12에서는 연마패드를 제조하기 전에 폴리우레탄 다공질체 표면에 디메틸포름아미드(DMF) 용액을 200 mesh의 그라비아 인쇄롤로서 도포시켜 2분간 방치 후 80℃ 온도로 건조시켜 마이크로 홀을 형성시켰다.
우레탄 프리폴리머(L-325) 경화제(중량부) mass folw meter 조절(N2 가스량) 물의 함량(중량부) 촉매 33LV(중량부) 연마제(입경 1.5㎛ 실리카, 중량부) 그라비아 인쇄
MOCA Etacure-300
비교예 1 100 26.2 - - - - × ×
비교예 2 100 - 21 - - - × ×
실시예 7 100 20 4.3 0.4 0.03 0.05 × ×
실시예 8 100 20 4.3 0.4 0.03 0.05 × ○
실시예 9 100 13.2 10.5 0.4 0.03 0.05 × ×
실시예 10 100 13.2 10.5 0.4 0.03 0.05 × ○
실시예 11 100 13.2 10.5 0.4 0.03 0.05 3 ×
실시예 12 100 13.2 10.5 0.4 0.03 0.05 3 ○

상기 [표 3]의 [실시예 7~12]에 대한 연마특성을 테스트하기 위해 상기 [비교예 1]과 동일한 연마조건으로 연마를 실시하였다. 그 결과는 하기 [표 4]에 나타내었다.
비교예 1 비교예 2 실시예 7 실시예 8 실시예 9 실시예 10 실시예 11 실시예 12
비중 0.86 0.83 0.83 0.83 0.82 0.82 0.82 0.82
Shore D 경도 56 52 54 54 53 53 52 52
압축율 1.4 2.1 1.8 1.9 1.9 2.0 2.1 2.2
평균기공(㎛) 30~50 35~50 35~50/
90~150		 35~50/
90~150		 35~50/
90~150		 35~50/
90~150		 35~50/
90~150		 35~50/
90~150
연마
속도
A/min		 초기 2,850 2,810 2,980 3,000 2,960 2,970 3,000 3,020
100매 2,780 2,740 2,890 2,920 2,870 2,900 2,940 2,960
300매 2,710 2,670 2,830 2,850 2,800 2,840 2,870 2,910
면내
균일성
(%)		 초기 5.8이하 6.0이하 4.5이하 4.6이하 4.7이하 4.7이하 4.9이하 5.0이하
100매 6.7이하 7.2이하 5.3이하 5.5이하 5.8이하 5.8이하 5.7이하 5.6이하
300매 7.4이하 7.9이하 5.9이하 6.2이하 6.5이하 6.3이하 6.2이하 6.0이하
cell 형상
치밀도		 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호 양호
상기 [표 4]에서 확인되는 바와 같이 물을 발포조제로서 첨가한 [실시예 7~12]에서는 입경이 90~150㎛인 제 1 기공과 입경이 35~50㎛인 제 2 기공이 혼재되어 있으며, [비교예 1~2]보다 연마속도와 면내균일성이 향상됨을 알 수 있다.
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이상과 같이 볼때, 상기 [표 2]와 [표 4]에서 확인되는 바와 같이 본 발명에 따라, 경화제의 혼합비율, 비반응성 기체의 함량, 물의 함량, 연마제의 함량 등을 적정하게 조절 변화시키면서 마이크로 홀을 형성시킨 연마패드는, 연마공정에 따른 연마특성의 편차가 작고 연마효과 및 면내균일성이 우수한 특성을 나타냄을 알 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 아래의 청구 범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 다공질체의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 폴리우레탄 다공질체의 주사전자현미경 사진이다.
도 3은 도 1의 폴리우레탄 다공질체의 제조방법을 나타낸 순서도 이다.
도 4는 표면에 그루브가 형성된 폴리우레탄 다공질체를 도시한 것이다.
도 5는 폴리우레탄 다공질체를 이용하여 형성한 연마패드의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 : 폴리우레탄 다공질체
110 : 제 1 기공 112 : 제 2 기공
120 : 마이크로 홀
200 : 연마패드 210 : 지지패드
220 : 마크로 그루브 230 : 마이크로 그루브

Claims (20)

  1. (a) 활성수소기 함유화합물을 포함하는 액상 경화제, 수산기를 함유하는 실리콘계 계면활성제, 발포조제인 물 및 연마제를 혼합하는 단계;
    (b) 상기 액상의 혼합물과 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 및 활성수소기 함유화합물을 포함하는 고상 경화제를 교반 혼합하면서 비반응성 기체를 주입 혼합하는 단계;
    (c) 상기 비반응성 기체가 주입된 혼합물을 주형에 토출 주입하여 시트를 성형하는 단계;
    (d) 상기 성형된 시트를 경화시키는 단계; 및
    (e) 상기 경화된 시트에 마이크로 홀을 형성하는 단계를 포함하고, 그리고
    상기 액상 경화제는 상기 고상 경화제를 합한 전체 경화제 100 중량부를 기준으로 10~70 중량부의 양으로 포함되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계의 액상 경화제는 방향족 폴리아민 화합물, 지방족 아민계 화합물, 또는 분자량이 250 이하인 글리콜 화합물 중에서 선택된 하나 이상의 화합물로 구성된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (e)단계에서 상기 마이크로 홀을 형성하는 것은,
    (e1) 상기 경화된 시트의 표면에 용제를 도포하는 단계;
    (e2) 상기 용제가 도포된 시트를 1~5분간 방치하는 단계; 및
    (e3) 상기 방치된 시트를 80~100℃의 온도에서 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 (a)단계의 액상 경화제는 디메틸티오 톨루엔디아민, 디에틸 톨루엔아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,6-톨루엔디아민, 3,5-비스(메틸티오)-2,4/2,6-톨루엔디아민, m-크실렌, p-크실렌, 3,3-디에틸-4,4-디아미노 디페닐메탄, 디에탄올 아민, 트리에탄올 아민, 디에틸렌 글리콜, 트리에틸렌 글리콜, 또는 디프로필렌 글리콜 중에서 선택된 하나 이상의 물질로 구성된 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 (e1)단계에서 상기 경화된 시트의 표면에 용제를 도포하는 것은
    그라비아 인쇄롤에 상기 경화된 시트를 통과시켜 상기 용제가 도포되도록 하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 경화된 시트의 표면에 도포되는 용제는
    디메틸포름아미드(DMF), 디메틸아세트아미드(DMAc), 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸 아세테이트, 톨루엔(toluene) 중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)단계의 고상 경화제는
    4,4-메틸렌비스-o-클로로아닐린, 2,6 디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4-메틸렌비스(2,6-디에틸아닐린), 4,4-메틸렌비스(2,6-디메틸아닐린) 중에서 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)단계의 비반응성 기체의 주입양은 상기 주형에 토출되는 혼합물의 토출량 1㎏을 기준으로 0.01~1.5ℓ/min의 양으로 주입되는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계의 발포조제인 물의 함량은 상기 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 0.001~3 중량부인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 (b)단계의 비반응성 기체는 건조공기, 질소, 산소, 아르곤 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 액상 경화제와 상기 고상 경화제를 합한 전체 경화제의 함량은 이소시아네이트기 말단 우레탄 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 10~40 중량부인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a)단계의 연마제는 입경이 1~5㎛인 실리카, 세륨 옥사이드, 산화 회토, 산화 알루미늄, 산화 바리윰 중 어느 하나 이상 포함하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체 제조방법.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항의 방법으로 형성된 폴리우레탄 다공질체.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 다공질체의 상부면에는
    패드 표면에 X-Y축 직교형상으로 형성된 마크로 그루브와, 상기 마크로 그루브 사이에 X-Y 직교형상으로 형성되고, 상기 마크로 그루브와는 다른 깊이로 형성되는 마이크로 그루브를 구비하는 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 마크로 그루브는 깊이가 0.3~1.5㎜, 폭이 0.1~1.0㎜, 피치가 1.0~8.0㎜이고, 상기 마이크로 그루브는 깊이가 0.2~1.0㎜, 폭이 0.1~0.5㎜, 피치가 1.0~5.0㎜인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 다공질체의 밀도는 0.5~0.95g/㎤인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 폴리우레탄 다공질체의 경도는 shore D=40~80인 것을 특징으로 하는 폴리우레탄 다공질체.
  18. 제 13 항의 폴리우레탄 다공질체; 및
    상기 폴리우레탄 다공질체의 하부면에 부착되어 상기 폴리우레탄 다공질체를 지지하는 지지패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 연마패드.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 지지패드는 상기 폴리우레탄 다공질체보다 경도가 작고, 압축률이 큰 부직포 또는 고분자 폼인 것을 특징으로 하는 연마패드.
  20. 삭제
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