KR101221853B1

KR101221853B1 - 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인

Info

Publication number: KR101221853B1
Application number: KR1020110082544A
Authority: KR
Inventors: 정구찬; 박기웅; 이두현
Original assignee: 주식회사리온
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2011-08-19
Publication date: 2013-01-15

Abstract

본 발명은 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되고, 기판의 후면에 접촉하는 기판 접촉부 및 기판 접촉부의 서로 다른 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하기 위한 압력 조절부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법으로서, 인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급하는 단계와, 상기 인젝터에 공급된 반응성 고분자 원료를 인젝터의 노즐을 통하여 금형의 내부 공간으로 투입시키는 단계와, 상기 금형의 내부 공간에서 반응성 고분자 원료를 반응시켜 멤브레인으로 성형하는 단계와, 상기 금형에서 성형된 멤브레인을 금형에서 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인{Manufacturing methode of membrane for Chemical Mechanical Polishing and membrane for Chemical Mechanical Polishing using the same}

본 발명은 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되어 반도체 기판의 복수 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하여 화학적 기계적 연마 공정의 균일도를 향상시킬 수 있는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인에 관한 것이다.

반도체 소자는 기판 상에 미세한 크기의 소자를 집적하여 형성한 전자소자이고, 이러한 반도체 소자의 제조에는 박막증착 공정, 포토리쏘그라피 공정, 식각 공정, 이온주입 공정 등이 적용된다. 반도체 소자에서 트랜지스터, 캐패시터와 같은 소자를 고집적도로 형성하기 위해서는 반도체층, 금속층, 절연층들이 복잡한 구조로 적층되어 형성되는데, 이를 위하여 박막의 증착과 식각 과정이 반복적으로 이루어지면서 표면의 단차가 점차적으로 증가되게 된다. 표면의 단차가 증가되면 이후의 포토리쏘그라피 공정에서 포토리지스트를 좁은 선폭으로 형성하는데 제한을 받게 되므로 공정의 중간 중간에 평탄화 공정을 추가하여야 한다.

반도체 표면을 평탄화하는 기술로 최근에는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, 이하에서 'CMP'라 한다)가 널리 이용되고 있다. CMP는 연마 입자와 식각제를 포함하는 슬러리를 머금은 패드의 표면과 기판의 표면을 접촉시키면서 회전시켜서 기판의 상부층에서 화학적 기계적 연마가 동시에 이루어지도록 하는 공정이다. 이러한 CMP 공정에서는 웨이퍼 형태의 기판 상에서 균일하게 연마가 일어나도록 하는 것이 중요한데, 만약 웨이퍼의 중앙부와 외곽부에서 연마가 균일하게 이루어지지 않는다면 웨이퍼의 부위별로 층간절연막의 두께가 달라질 수 있고, 이는 컨택홀 내부에서의 오픈 불량 등을 유발할 수 있기 때문이다.

CMP용 멤브레인은 웨이퍼의 뒷면을 가압하여 웨이퍼와 CMP 패드와의 압력을 균일하게 유지시킬 수 있도록 하는 부분이다. CMP용 멤브레인은 탄성을 가지는 고분자 수지로 이루어지고, 폴리싱 헤드에 결합된 후에 복수 개의 영역으로 나누어져 외부에서 기체가 주입될 수 있도록 구성되어 있다. 외부에서 기체가 일정 압력으로 주입되면 복수 개의 영역으로 구분된 멤브레인의 각 영역이 부풀어 오르면서 웨이퍼의 서로 다른 영역에 독립적으로 압력을 전달할 수 있다. CMP용 멤브레인의 구조 및 기능에 대해서는 선행문헌인 한국공개특허 제2004-74269호에 자세히 개시되어 있다. 선행문헌은 CMP 장치에 관한 것으로서, 플레이튼, 상기 플레이튼 상에 설치되는 연마 패드, 상기 연마 패드에 반도체 기판을 가압하여 상기 반도체 기판을 연마하는 폴리싱 헤드를 구비하되, 상기 폴리싱 헤드는 상기 폴리싱 헤드의 저면에 위치되며 복수의 홀들이 형성된 지지 플레이트와, 상기 지지 플레이트의 아래에 위치되며 복수의 홀들이 형성된 가압부, 상기 가압부의 가장자리로부터 상부로 연장된 제 1고정부 및 상기 복수의 홀들로부터 상부로 연장된 제 2고정부를 가지는 멤브레인과, 상기 지지 플레이트의 상부에 위치되며 상기 멤브레인을 고정하는 클램프를 구비하여 웨이퍼의 연마 균일성을 향상시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

종래의 CMP용 멤브레인은 검 상태의 고체상 실리콘 고분자 화합물을 프레스 몰딩 방식에 의하여 성형하는 방법으로 제조되었다. 이때, 고체상 실리콘 고분자 화합물은 열 경화 일레스토머(Heat Cured Elastomer, 이하에서 'HCE'라 한다)라는 실리콘 고분자 화합물이 원료가 되는데, HCE는 ViMe₂SiO(Me₂SiO)_n(MeViSiO)_mSiMe₂Vi(Vi:비닐기, n+m=3000 내지 10000의 정수)의 구조식으로 표현되는 실록산 고분자 화합물이고, 상온에서 검 상태의 고체상이며 하기의 반응식 1에 의하여 경화될 수 있다.

반응식 1

프레스 몰딩 방식에 의한 CMP용 멤브레인의 제조방법은 HCE를 경화제와 함께 롤 밀링하고, 프레스 방식으로 성형하는 방법에 의하여 진행된다. 이러한 프레스 몰딩 방식에 의한 CMP용 멤브레인의 제조방법은 생산성 측면에서 공정이 복잡하고, 높은 공정 온도로 작업 안전성이 문제될 수 있으며, 플래쉬 발생이 많고, 가교 속도가 느려서 생산성이 낮은 문제점을 가진다. 또한 완제품의 품질 측면에서는 재현성이 나쁘고, 탄성이 낮아서 변형 후 복원이 잘 안되거나 과산화물계열의 부산물로 변색이 일어나는 등의 문제점을 가지고 있다. 따라서, 탄성, 내화학성 등과 같은 물성을 우수하게 유지하면서도 생산성이 높은 새로운 CMP용 멤브레인의 제조방법에 대한 개발 필요성이 매우 크다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 첫 번째 과제는 생산 속도가 빠르고, 재현성이 높으며, 탄성 및 내화학성과 같은 물성이 우수한 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 두 번째 과제는 상기의 제조방법에 의하여 제조된 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인을 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위하여, 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되고, 기판의 후면에 접촉하는 기판 접촉부 및 기판 접촉부의 서로 다른 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하기 위한 압력 조절부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법으로서, 인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급하는 단계와, 상기 인젝터에 공급된 반응성 고분자 원료를 인젝터의 노즐을 통하여 금형의 내부 공간으로 투입시키는 단계와, 상기 금형의 내부 공간에서 반응성 고분자 원료를 반응시켜 멤브레인으로 성형하는 단계와, 상기 금형에서 성형된 멤브레인을 금형에서 분리하는 단계를 포함하는 화학적 기계적연마장치용 멤브레인의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 반응성 고분자 원료는 베이스 고분자, 가교제 및 촉매를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급하는 단계에서 반응성 고분자 원료는 베이스 고분자 및 촉매를 포함하는 제1부분과 베이스 고분자 및 가교제를 포함하는 제2부분으로 분리하여 투입될 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급하는 단계 후에 반응성 고분자 원료를 혼합하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 금형의 내부 공간에서 반응성 고분자 원료를 반응시켜 멤브레인으로 성형하는 단계에서 금형 내부의 온도는 60 내지 160℃로 조절되는 것이 바람직하다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 상기 금형은, 상기 압력 조절부들의 형상에 상응하는 제1성형로를 갖도록 몰딩용 케이스의 내측 공간에서 서로 이격되게 배치되는 코어금형과 취출금형과, 상기 코어금형과 취출금형의 일면이 동일평면 상에 위치된 경우에, 상기 기판 접촉부의 두께에 상응하고 상기 제1성형로와 소통되는 제2성형로를 가지도록, 상기 금형들의 일면을 폐쇄시키는 폐쇄블럭과, 상기 폐쇄블럭이상기 코어금형과 취출금형에 접근된 상태에서 상기 코어금형과 취출금형의 일면을 폐쇄시킬 수 있게 하고, 그 폐쇄블럭이 상기 코어금형과 취출금형으로부터 이격된 상태에서 그 코어금형과 취출금형의 일면이 외부로 노출되도록, 상기 코어금형과 취출금형과 폐쇄블럭을 동일한 축선 상에서 상대이동시키는 이동수단을 포함하여 이루어져서, 상기 코어금형과 취출금형의 일면이 상기 폐쇄블럭에 의해 폐쇄된 상태에서 반응성 고분자 원료를 상기 제1성형로와 제2성형로 중 적어도 하나에 주입시킴으로써 상기 기판 접촉부와 압력 조절부로 이루어진 멤브레인을 성형시킬 수 있게 하고, 상기 코어금형과 취출금형의 일면의 상기 폐쇄블럭에 의한 폐쇄상태가 해제됨으로써 상기 성형된 멤브레인의 탈거가 가능하도록 구성될 수 있다.

본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위하여, 화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되고, 기판의 후면에 접촉하는 기판 접촉부 및 기판 접촉부의 서로 다른 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하기 위한 압력 조절부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인으로서, 액상의 반응성 고분자 원료를 금형의 내부에 투입하고 가교반응을 진행하는 사출성형 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 금형은, 상기 기판 접촉부의 일면을 성형하기 위한 폐쇄블록과, 상기 폐쇄 블록의 일방향에 거리 조절이 가능하도록 설치된 몰딩용 케이스와, 상기 몰딩 케이스에 고정결합되고 상기 폐쇄 블록과 소정의 간격으로 이격되어 상기 기판 접촉부의 다른 면 중앙부를 성형하기 위한 코어금형과, 상기 폐쇄블록과 소정의 간격으로 이격되어 설치되고 상기 기판 접촉부의 다른 면의 외곽부를 성형하기 위한 제1취출금형과, 상기 제1취출금형과 소정의 간격으로 이격되어 설치되고 상기 제1취출금형과 이격된 공간에서 상기 기판 접촉부의 다른 면에 결합된 압력 조절부를 성형하기 위한 제2취출금형을 포함할 수 있다.

본 발명의 CMP용 멤브레인의 제조방법은 사출성형 방법에 의하여 진행되므로 프레스 몰딩 방식을 이용하는 종래의 제조방법에비하여 생산성과 재현성이 매우 높다. 프레스 몰딩 방식의 제조방법은 상대적으로 넓은 작업 공간이 필요하고, 고분자 가교 속도가 느리며, 플래쉬 발생이 유발되고, 후가교 과정이 요구되는 등 생산성 저하 요인이 많았으나, 본 발명의 제조방법은 사출성형장치의 설치공간이 작고, 가교 속도가 빠르며, 플래시 발생이 거의 없고 후 가교 과정이 필요 없는 등 생산성 측면에서 매우 유리하다. 또한, 원료 고분자가 액상이어서 멤브레인의복잡한 구조를 성형하는데 유리하고, 자동화된 공정으로 진행될 수 있어서 공정 재현성이 매우 높으므로 제조된 CMP용 멤브레인의 품질이 우수하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인의 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인의 단면을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 CMP용 멤브레인의 제조방법에 이용된 사출성형 장치를 도식적으로 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 CMP용 멤브레인의 제조방법에 적용되는 금형 장치를 도시한 것이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 CMP용 멤브레인의 제조방법에 적용되는 금형 장치의 동작을 순차적으로 도시한 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 종래의 CMP용 멤브레인을 250℃에서 75시간 동안 에이징한 후의 경도 변화를 측정한 결과이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 종래의 CMP용 멤브레인을 250℃에서 75시간 동안 에이징한 후의 인장강도 변화를 측정한 결과이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 종래의 CMP용 멤브레인을 250℃에서 75시간 동안 에이징한 후의 신장율 변화를 측정한 결과이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 종래의 CMP용 멤브레인에 대하여 열질량분석을 수행한 결과이다.

이하, 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 1 내지 도 3을 이용하여 본 발명의 CMP용 멤브레인 및 이의 제조에 사용되는 사출성형 장치에 대하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인의 사진이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인의 단면을 도시한 것이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, CMP용 멤브레인(100)은 탄성을 가지는 고분자 수지로 이루어지고, 기판의 후면에 접촉되는 기판 접촉부(110)와 상기 기판 접촉부(110)에서 연장되어 형성된 복수개의 압력 조절부들(111~115)을 포함하여 이루어진다. CMP용 멤브레인(100)은 서로 다른 압력 조절부와 기판 접촉부 사이의 빈 공간에 기체가 주입되면서 기판 접촉부의 서로 다른 영역에 독립적으로 압력을 가할 수 있다. 도면에 도시된 CMP용 멤브레인의 구조는 일 예에 불과한 것으로서 압력 조절부의 개수와 형상은 다양하게 변형될 수 있다.

도 3은 본 발명의 CMP용 멤브레인의 제조방법에 이용된 사출성형 장치를 도식적으로 나타낸 것이다. 도 3을 참조하면, 사출성형 장치는 반응성 고분자 원료는 혼합하여 투입하는 부분, 투입된 원료를 일정 압력으로 금형 내부에 공급하는 부분 및 공급된 원료를 금형 내부에서 성형하는 부분으로 크게 나눌 수 있다. 반응성 고분자 원료를 투입하는 부분은 제1원료 탱크(201), 제2원료 탱크(202), 혼합 탱크(203) 및 믹서(204)를 포함한다. 제1원료 탱크(201)와 제2원료 탱크(202)는 CMP용 멤브레인을 성형하기 위한 원료가 저장되는 부분으로서, 본 발명의 CMP용 멤브레인 제조방법에서는 금형 내부에서 반응성 고분자 원료가 가교되어서 고체화되는 과정으로 성형이 이루어지므로, 각각의 탱크에 저장된 원료에서 가교 반응이 일어나는 것을 억제하기 위하여 제1원료 탱크와 제2원료 탱크에 반응성 고분자 원료의 성분을 분리하여 저장하게 된다. 예를 들면, 제1원료 탱크에는 베이스 고분자와 촉매를, 제2원료 탱크에는 베이스 고분자와 가교제를 각각 저장하면 각각의 탱크에 저장된 원료에서 가교반응이 일어나는 것을 억제할 수 있다. 제1원료 탱크(201)와 제2원료 탱크(202)는 각각 혼합탱크(203)로 연결되는데, 연결 경로 상에는 밸브가 설치될 수 있고, 도면에는 도시하지 않았지만 원료를 이송시키기 위한 이송 펌프, 유량조절부 등이 설치될 수 있다. 혼합탱크(203)에서는 공급된 반응성 고분자 원료가 1차적으로 혼합되고, 혼합탱크(203)는 믹서(204)로 연결된다. 믹서(204)는 제1원료 탱크(201)와 제2원료 탱크(202)에서 공급된 원료를 균일하게 혼합하는 장치인데, 스테틱 믹서, 초음파 믹서 등과 같이 다양한 종류의 믹서가 될 수 있다. 투입된 원료를 일정 압력으로 금형 내부에 공급하는 부분은 인젝터(211)와 인젝터 온도 조절부(212)를 포함하는 인젝션 유닛(210)이다. 인젝터(211)는 스크류로 이루어진 압출기일 수 있고, 혼합된 반응성 고분자 원료를 일정한 압력으로 금형 내부로 공급하는 기능을 한다. 온도 조절부(212)는 압출기 내부의 온도를 제어하기 위한 부분으로서 도면에는 도시하지 않았지만 가열수단 및/또는 냉각수단을 포함할 수 있는데, 이때 냉각수단은 물을 순환시켜 냉각하는 냉각수 라인으로 이루어질 수 있다. 공급된 원료를 성형하는 부분은 몰드 유닛(220)으로서, 금형(221), 역류방지 밸브(222), 금형 온도 조절부(223) 및 클램핑 조절부(224)를 포함한다. 금형(221)은 CMP용 멤브레인이 성형되는 부분으로서 CMP용 멤브레인의 형상에 대응하는 구조를 가지고 있으며, 보다 자세한 구조와 작동 방법에 대해서는 본 명세서의 다른 부분에서 다시 설명하기로 한다. 역류방지 밸브(222)는 금형 내부로 공급된 원료가 압출기 쪽으로 역류하는 것을 방지하는 기능을 한다. 금형 온도 조절부(223)는 금형 내부의 온도를 제어하는 부분으로서, 본 명세서에서 금형 온도 조절부라는 용어는 금형 내부 또는 외부에 설치된 가열수단을 포함하는 개념으로 사용되었다. 본 발명의 CMP용 멤브레인 제조방법에서는 금형 내부에서 액상의 반응성 고분자 원료가 가교 반응하여 고체화되는 방식으로 성형이 이루어지므로 금형 내부의 온도를 반응이 활발히 일어나는 온도로 유지하는 것이 중요하다. 클램핑 조절부(224)는 금형의 개폐를 조절하는 부분으로 폐쇄블록, 취출금형 등의 위치를 상대적으로 변화시켜서 금형을 닫거나 여는 것을 조절하게 된다. 클램핑 조절부의 작동은 기체압 또는 유압에 의한 실린더 방식 또는 모터 등의 구동수단을 이용하여 이루어질 수 있다.

상기에서 설명한 사출성형 장치를 이용하여 CMP용 멤브레인을 제조하는 방법을 단계적으로 설명하면 다음과 같다. 먼저, 인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급한다. 이 단계는 제1원료 탱크와 제2원료 탱크에서 반응성 고분자 원료를 분리하여 혼합탱크로 공급하고, 공급된 원료를 혼합탱크에서 1차적으로 혼합하고, 혼합된 원료를 믹서에서 균일하게 다시 혼합하여 인젝터로 공급하는 과정으로 진행된다. 제1원료 탱크와 제2원료 탱크에 저장되는 반응성 고분자 원료에 대한 자세한 성분과 조성은 본 명세서의 다른 부분에서 다시 설명한다. 이어서, 인젝터에 공급된 반응성 고분자 원료를 인젝터의 노즐을 통하여 금형의 내부 공간으로 투입시킨다. 이 단계는 인젝터를 구성하는 압출기에서 원료를 공급받아서 회전하는 스크류를 통하여 일정 압력으로 압출기의 노즐을 통하여 토출하는 과정인데, 인젝터 유닛에는 가열수단 또는 냉각수단을 포함하는 온도 조절부가 형성되어서 공급되는 원료의 온도를 조절할 수 있다. 점도가 낮은 액상 베이스 고분자와 가교제를 반응성 고분자 원료로 공급하는 경우에는 압출기의 온도를 상온으로 유지하여도 무방하지만, 반응성 고분자 원료의 점도가 증가하면 일정 범위에서 압출기의 온도를 상승시킬 수 있다. 이어서, 금형의 내부 공간에서 반응성 고분자 원료를 반응시켜 CMP용 멤브레인의 형상으로 성형한다. 이 단계는 금형 내부에 반응성 고분자 원료를 충진하고 고온에서 가교반응을 진행하는 과정이다. 가교반응을 위한 금형 내부의 온도는 60 내지 160℃인 것이 바람직하고, 상기 온도의 범위에서 가교반응에 소요되는 시간과 성형물의 변형 가능성을 고려하여 보다 바람직한 온도 범위를 선택할 수 있다. 마지막으로, 금형에서 성형된 멤브레인을 금형에서 분리한다. 이 단계는 금형 내부에서 성형된 CMP용 멤브레인을 금형에서 분리하는 과정이다. 이 과정은 금형을 구성하는 폐쇄블록, 취출금형 등의 위치를 상대적으로 변화시킴으로써 진행될 수 있다.

도 4 내지 도 8을 이용하여 본 발명의 CMP용 멤브레인 제조방법에 적용되는 금형 장치에 대한 구조와 작동에 대하여 설명하기로 한다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 CMP용 멤브레인의 금형 장치의 단면도이고, 도 5 내지 도 8은 도 4에 도시한 본 실시예의 동작상태 이후의 동작 상태들을 순차적으로 도시한 도면들이다.

본 발명의 CMP용 멤브레인 제조방법에 이용되는 금형 장치의 금형은 CMP용 멤브레인의 기판 접촉부의 일면을 성형하기 위한 폐쇄블록과, 상기 폐쇄 블록의 일방향에 거리 조절이 가능하도록 설치된 몰딩용 케이스와, 상기 몰딩 케이스에 고정결합되고 상기 폐쇄 블록과 소정의 간격으로 이격되어 상기 기판 접촉부의 다른 면 중앙부를 성형하기 위한 코어금형과, 상기 폐쇄블록과 소정의 간격으로 이격되어 설치되어 상기 기판 접촉부의 다른 면의 외곽부를 성형하기 위한 제1취출금형과, 상기 제1취출금형과 소정의 간격으로 이격되어 설치되고 상기 제1취출금형과 이격된 공간에서 CMP용 멤브레인의 압력 조절부를 성형하기 위한 제2취출금형을 포함하는 것을 특징으로 한다. 제2취출금형은CMP용 멤브레인의 압력 조절부를 형성하기 위한 부분으로서, CMP용 멤브레인의 압력 조절부 구조 또는 개수가 변화되면 제3취출금형이 추가될 수 있다. 아래에서 도면을 이용하여 제1취출금형, 제2취출금형 및 제3취출금형을 포함하는 CMP용 멤브레인의 금형 장치에 대하여 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 CMP용 멤브레인의 금형 장치(이하에서 '금형 장치'라 한다)는, 기판(미도시)을 가압하기 위하여 상기 기판과 접촉하고 그 기판에 압력을 제공하는 원판형의 기판 접촉부(도 1의 도면부호 110)와, 상기 기판 접촉부로부터 연장되고 상기 기판에 복수의 가압 영역을 구성하는 압력 조절부들(도 1의 도면부호 111, 112, 113, 114, 115)을 구비하는 CMP용 멤브레인을 성형하기 위한 것으로, 복수의 취출금형(311, 312, 313), 코어금형(314), 폐쇄블럭(315) 및 이동수단을 포함하여 이루어진다.

상기 취출금형들(311, 312, 313)과 코어금형(314)은, 몰딩용 케이스(M)의 내측 공간에서 서로 이격되게 배치되고, 그 몰딩용 케이스(M)에 상대이동 가능하게 설치된다. 상기 취출금형들(311, 312, 313)과 코어금형(314)이 서로 이격되게 배치됨으로써 형성되는 제1성형로(S1)는 상기 압력 조절부(111, 112, 113, 114, 115)들의 형상에 상응하는 형상으로 이루어진다. 이러한 제1성형로(S1)에 액상의 원료가 투입된 후 경화됨으로써 상기 압력 조절부들이 성형된다.

본 실시예에서, 상기 코어금형(314)은, 상기 몰딩용 케이스(M)에 위치고정됨으로써 그 몰딩용 케이스(M)와 함께 이동되고, 상기 CMP용 멤브레인의 중심축선(L) 상에 배치된다. 한편, 상기 중심축선(L)은, 상기 취출금형들(311, 312, 313), 코어금형(314) 및 폐쇄블럭(315)의 상대이동 방향의 기준이 되는 축선이기도 하므로, 이하 '축선'이라 칭하기로 한다. 상기 취출금형들(311, 312, 313)은, 상기 축선(L)에 대해 편심인 위치에 마련되고, 상기 몰딩용 케이스(M)에 상대이동 가능하게 설치된다. 여기서, 취출은, 성형된 CMP용 멤브레인을 금형으로부터 용이하게 탈거시킬 수 있는 기능을 발휘함을 의미한다.

도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 취출금형들(311, 312, 313)의 상기 축선(L) 방향을 따라 가장 먼 위치로 돌출되는 정도에 따라 순서대로, 상기 취출금형들을 제1취출금형(311), 제2취출금형(312), 제3취출금형(313)이라 한다.

이와 같이 서로 다른 위치로 돌출되는 취출금형들을 구비하는 본 실시예에 의하면, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 압력 조절부들의 일부(115)가 제3취출금형(313)으로부터 탈거된 상태에서 수작업에 의한 탈거가 가능하고, 상기 기판 접촉부(110)의 팽창으로 그 기판 접촉부(110)가 탄성력을 갖게 됨에 따라, CMP용 멤브레인(100)에 작업자에 의한 탈거력이 작게 가해지더라도 상기 탄성력에 의해 그 CMP용 멤브레인이 금형들로부터 쉽게 탈거되는 장점이 도출된다.

상기 폐쇄블럭(315)은, 도4에 도시된 바와 같이, 상기 취출금형들(311, 312, 313)과 코어금형(314)의 일면이 동일평면 상에 위치된 경우에, 상기 금형들의 일면을 폐쇄시킴으로써 상기 기판 접촉부와 압력 조절부들의 성형을 가능하게 하는 역할을 한다. 상기 폐쇄블럭(315)이 상기 취출금형들(311, 312, 313)과 코어금형(314)의 일면을 폐쇄시킴으로써 형성되는 제2성형로(S2)는, 상기 기판 접촉부의 두께와 상응하는 두께를 가지고, 상기 제1성형로(S1)와 소통되어 있다.

이와 같이, 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)과 폐쇄블럭(315)에 의해 서로 소통되는 제1성형로(S1)와 제2성형로(S2)의 형성이 가능하게 됨에 따라, 상기 제1성형로(S1)와 제2성형로(S2)들 중 어느 하나에 액상의 원료를 주입시킴으로써 상기 CMP용 멤브레인을 일체로 성형할 수 있는 것이다. 이러한 CMP용 멤브레인의 일체 사출 성형은, 제품의 대량생산을 가능하게 한다.

상기 이동수단은, 상기 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)과 폐쇄블럭(315)을 동일한 축선(L) 상에서 상대이동시키기 위한 것으로, 상기 폐쇄블럭(315)을 위치고정시킨 상태에서 상기 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)을 그 폐쇄블럭(315)에 대해 이동시킬 수 있도록 구성될 수 있다. 즉, 본 실시예에서 상기 이동수단은, 상기 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)을 이동시키기 위한 이젝터(304)와, 상기 몰딩용 케이스(M)를 상기 금형들과 함께 이동시키기 위한 실린더 장치(미도시)를 포함하여 이루어진다.

이러한 구성을 가지는 본 발명은, 상기 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)을 폐쇄블럭(315)에 대해 이동시키면서 CMP용 멤브레인의 성형이 이루어지게 함은 물론 상기 이젝터(304)에 의한 금형들의 이동에 의해 상기 CMP용 멤브레인을 금형들로부터 원활하게 탈거시킬 수 있게 하는 장점을 도출한다. 이러한 장점은, 결국 제품의 성형효율을 높일 수 있게 하여 제품의 양산성을 향상시킬 수 있게 한다.

본 실시예에서는 상기 CMP용 멤브레인을 금형들로부터 더욱 원활하게 탈거시킬 수 있게 하는 박막 팽창수단이 구비된다. 상기 박막 팽창수단은, 상기 압력 조절부(111, 112, 113, 114, 115)에 의해 구획되는 상기 기판 접촉부(110)의 복수 영역들 중 적어도 하나의 영역을, 상기 축선(L) 방향으로 돌출시키는 방법에 의해 팽창시킴으로써, 작업자에 의한 CMP용 멤브레인의 탈거 작업이 이루어지기 이전에 상기 압력 조절부들의 일부(115)가 상기 금형들로부터 탈거될 수 있게 함은 물론, 상기 기판 조절부(110)가 큰 탄성력을 갖게 한다.

이러한 기능을 발휘하게 하는 상기 박막 팽창수단의 구체적인 구성으로, 본 실시예에서는 차등 돌출 유니트가 채용되었다. 상기 차등 돌출 유니트는, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 각 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)을 상기 축선(L) 상에서 서로 다른 위치로 차등 돌출되게 함으로써, 상기 압력 조절부들에 의해 구획되는 상기 기판 접촉부의 복수 영역들을 상기 축선(L) 방향을 따라 서로 다르게 팽창시킨다. 이러한 차등 돌출 유니트는, 복수의 이동판들(321, 322, 323)과 복수의 로드들(331, 332, 333)을 포함하여 이루어진다. 상기 이동판들(321, 322, 323)은, 도 4에 잘 도시된 바와 같이, 상기 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)의 일면이 상기 폐쇄블럭(315)에 의해 폐쇄된 상태에서, 상기 몰딩용 케이스(M)의 내부에 서로 간격을 두고 이격되게 배치되어 있고, 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 상기 취출금형들(311, 312, 313) 및 코어금형(314)의 일면의 폐쇄상태가 해제된 경우에는 서로 접촉된 상태로 배치된다.

상기 로드들(331, 332, 333)은, 일단이 상기 각 취출금형(311, 312, 313)에 결합되고 타단이 상기 각 이동판(321, 322, 323)에 결합됨으로써, 상기 이젝터(304)에 의한 가압력을 상기 취출금형들 측으로 전달하는 역할을 한다. 이하, 편의상 상기 제1취출금형(311)에 연결되어 있는 로드를 제1로드(331)라 하고 그 제1로드(331)에 연결되어 있는 이동판을 제1이동판(321)이라 하며, 상기 제2취출금형(312)에 연결되어 있는 로드를 제2로드(332)라 하고 그 제2로드(332)에 연결되어 있는 이동판을 제2이동판(322)이라 하며, 상기 제3취출금형(313)에 연결되어 있는 로드를 제3로드(333)라 하고, 그 제3로드(333)에 연결되어 있는 이동판을 제3이동판(323)이라 한다.

이러한 구성을 가지는 본 실시예는, 도 5 및 도 6에 순차적으로 동작과정이 도시된 바와 같이, 상기 이젝터(304)가 상기 제1이동판(321)을 가압하게 되면, 그 제1이동판(321)은, 적어도 제1이동판(321)과 제2이동판(322) 사이의 간격과, 상기 제2이동판(322)과 제3이동판(323) 사이의 간격의 합산 거리만큼 이동하게 되고, 상기 제2이동판(322)은, 적어도 상기 제2이동판(322)과 제3이동판(323)의 간격 만큼 이동하게 된다. 본 실시예에서는, 상기 제3이동판(323) 또한 원래의 위치에서 이동하도록 구성됨으로써, 결국 상기 제1이동판(321)은, 상기 합산 거리와 상기 제3이동판(323)의 이동거리를 더한 거리만큼 이동하게 된다.

이와 같이, 본 실시예는, 상기 제1취출금형(311)과 제2취출금형(312)과 제3취출금형(313)을 도 6에 잘 도시된 바와 같이, 서로 다른 위치로 돌출되게 함으로써, 작업자에 의한 CMP용 멤브레인(100)의 탈거 작업이 이루어지기 이전에, 상기 압력 조절부들의 적어도 일부분(115)을 상기 제3취출금형(313)으로부터 분리되게 하고, 상기 기판 접촉부가 더 큰 탄성력을 갖게 됨에 따라, 도 7와 같이 작업자에 의한 CMP용 멤브레인의 탈거 작업시에 그 작업효율을 높여 제품의 양산성을 향상시킬 수 있게 함은 물론 불필요한 인건비의 낭비를 방지하여 제품의 제조원가를 절감시킬 수 있는 장점을 도출한다.

한편, 도 7에 도시된 상태에서 작업자에 의한 CMP용 멤브레인의 탈거작업이 완료되고 난 이후에는 폐쇄블럭(도 5의 도면부호 315)이 몰딩케이스(M) 방향으로 이동하면서 제1취출금형(311)을 후퇴시키고, 제2취출금형(312) 및 제3취출금형(313)이 차례로 견인 후퇴됨으로써, 전체 금형이 합치되게 된다. 이와 같은 과정에 의하여 도 4와 같이 반복적인 CMP용 멤브레인의 성형작업이 가능하게 되는 것이다.

즉, 상술한 바와 같은 구성을 가지는 금형 장치는, 도 4와 같은 상태에서 CMP용 멤브레인의 성형을 위한 액상의 원료가 상기 제1성형로(S1)와 제2성형로(S2) 주입된 후 경화됨으로써 CMP용 멤브레인(도 1 참조)이 성형되고, 반복적인 CMP용 멤브레인의 성형을 위해 상기 몰딩용 케이스(M)가 금형들과 함께 도 5의 A 방향으로 후퇴된 이후에, 상기 이젝터(304)가 도 6의 B 방향으로 상기 제1이동판(321)을 가압하여 제1취출금형(311)과 제2취출금형(312)과 제3취출금형(313)을 서로 다른 위치로 돌출되게 함으로써, 도 7과 같이 작업자가 CMP용 멤브레인을 쉽게 탈거시킬 수 있게 하며, 도 8과 같이 폐쇄블럭(도 5의 도면부호 315)이 몰딩케이스(M) 방향으로 이동하면서 제1취출금형(311)을 후퇴시키고, 제2취출금형(312) 및 제3취출금형(313)이 차례로 견인 후퇴됨으로써, 전체 금형이 합치되어 CMP용 멤브레인의 반복적인 성형을 가능하게 한다.

본 발명의 CMP용 멤브레인의 제조방법은 반응성 고분자 물질을 사출금형 내부에서 가교시켜서 성형하는 과정으로 진행된다. 따라서, 금형 내부에서는 고분자의 가교반응이 일어나게 되는데, 아래에서는 이에 관계된 반응물과 생성물 및 화학반응에 대하여 설명하기로 한다.

본 발명에서 CMP용 멤브레인은 상온에서 액상의 점도를 가지는 상기의 화학식 1로 표시되는 고분자 사슬과 가교제를 혼합하여 열 경화시킴으로써 성형된다. 화학식 1에서 n의 개수가 커질수록 고분자 사슬의 분자량이 커지게 되는데, n이 40 내지 2000인 범위에서 고분자 사슬을 구성하는 물질은 상온에서 액체이며 따라서 사출성형(liquid injection molding)으로 성형하는 것이 가능하다. n이 40 미만이면 고분자 사슬의 길이가 지나치게 짧아서 CMP용 맴브레인 용도의 물성을 만족시키기 어렵고, 2000을 초과하면 점도가 높아서 사출성형에서 정확한 형상이 만들어지기 어렵다.

화학식 1

이때 가교제로는 하기의 화학식 2 또는 화학식 3으로 표시되는 물질이 이용될 수 있다. 화학식 2 및 화학식 3에서 m, l 및 k는 가교된 실리콘 고분자 화합물의 물성과 관련되는데, 화학식 2에서는 m은 10 내지 30의 정수이고, l은 10 내지 150의 정수이며, m:l은 1:1 내지 1:5인 것이 바람직하고, 화학식 3에서는 k가 10 내지 100의 정수인 것이 바람직하다. 이러한 수치의 범위는 화학식 1의 고분자 사슬을 구성하는 물질에 포함된 비닐기의 개수와 관련되고, 또한 가교된 실리콘 고분자 화합물의 탄성 등과 같은 물성과 관련된다.

화학식 2

(m은 10 내지 30의 정수이고, l은 10 내지 150의 정수이며, m:l은 1:1 내지 1:5)

화학식 3

(k는 10 내지 100의 정수)

가교제에 의하여 고분자 사슬이 가교되는 화학반응은 아래의 반응식 2에 따라 이루어진다. 아래의 반응식 2를 따르면, 고분자 사슬의 비닐기가 열 및 촉매조건에서 가교제의 수소기와 반응하여 가교가 진행된다. 본 발명에서 고분자 사슬의 비닐기와 가교제의 수소기 비율은 1:1 내지 1:8인 것이 바람직하고, 가교제는 고분자 사슬을 구성하는 물질의 질량 대비 0.5 내지 5%로 첨가되는 것이 바람직하다. 촉매는 Pt(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 복합체(Pt(0)-1,3-divinyl-1,1,3,3-tetramethyldisiloxane complex)가 이용될 수 있다. 촉매의양은 전체 조성 대비 5 내지 50ppm의 양으로 첨가될 수 있다. 반응 물질은 부가적인 반응의 진행을 막기 위하여 중합 억제제(inhibitor)를 포함할 수 있다. 중합 억제제로는 1-에티닐-1-시클로헥사놀(1-Ethynyl-1-cyclohexanol), 3,5-디메틸-1-헥신-3-올(3,5-dimethyl-1-hexyn-3-ol), 2-메틸-3-부틴-2-올(2-methyl-3-butyn-2-ol), 비닐메틸 시클로실록산(vinylmethyl cyclosiloxane) 또는 디비닐테트라메틸디실록산(divinyltetramethyldisiloxane)이 이용될 수 있다.

반응식 2

본 발명에서 CMP용 멤브레인에는 실리콘 고분자 화합물에 실리카 입자가 충진될 수 있는데, 실리카 입자는 실리콘 고분자 화합물과 복합체를 이루어서 멤브레인의 인장강도 등과 관련된 물성을 향상시킨다. 실리카는 건식 방식으로 제조된 실리카(Fumed silica) 또는 습식 방식으로 제조된 실리카(precipitated silica)가 모두 이용될 수 있다. 반응물에는 실리카가 균일하게 고분자 내에서 분산되고 고분자 물질과 견고하게 결합되기 위하여 헥사메틸디실라잔(hexamethyldisilazane)이 포함될 수 있다.

본 발명에서 CMP용 멤브레인을제조하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 먼저, 원료물질이 되는 반응물을 A 부분과 B 부분으로 구분하여 준비한다. A 부분은 실리카, 베이스 고분자, 헥사메틸디실라잔 및 백금촉매를 포함하고, 혼합비율은 실리카 100중량부에 대하여 200 내지 400중량부의 베이스 고분자, 10 내지 40중량부의 헥사메틸디실라잔, 0.1 내지 2.5중량부의 백금촉매일 수 있다. B 부분은 실리카, 베이스 고분자, 헥사메틸디실라잔, 중합억제제 및 가교제를 포함하고, 혼합비율은 실리카 100중량부에 대하여 200 내지 400중량부의 베이스 고분자, 10 내지 40중량부의 헥사메틸디실라잔, 2 내지 30중량부의 가교제 및 0.1 내지 1.5중량부의 중합억제제일 수 있으며, 보다 바람직한 혼합비율은 실리카 100중량부에 대하여 200 내지 400중량부의 베이스 고분자, 10 내지 40중량부의 헥사메틸디실라잔, 5 내지 30중량부의 가교제 및 0.1 내지 1.5중량부의 중합억제제일 수 있다.

아래에서는 구체적인 실시예를 이용하여 본 발명의 CMP용 멤브레인 제조방법에 대하여 상세히 설명하고, 평가예를 이용하여 본 발명의 CMP용 멤브레인의 물성에 대하여 설명한다. 다만, 이러한 실시예는 본 발명을 용이하게 실시하기 위하여 제시된 일 구현예로서 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 제한되어서는 안된다.

실시예 1-1(원료 물질의 준비)

VTP4M(하기 화학식 4로 표시되는 고분자, 시영테크에서 구매) 69.5g, Aerosil300(실리카, Evonik에서 구매) 24g, 헥사메틸디실라잔(Evonik에서 구매) 6g, Pt(0)-1,3-디비닐-1,1,3,3-테트라메틸디실록산 복합체(백금 촉매) 0.5g을 혼합하여 원료 물질의 A 부분을 준비하였다.

VTP4M(하기 화학식 4로 표시되는 고분자, 시영테크에서 구매) 64.5g, Aerosil300(실리카, Evonik에서 구매) 24g, 헥사메틸디실라잔 6g, 1-에티닐-1-시클로헥산올(중합 억제제) 0.5g, YC483(하기의 화학식 5로 표시되는 가교제, 시영테크에서 구매) 5g을 혼합하여 원료 물질의 B 부분을 준비하였다.

화학식 4

(n은 1000 내지 1300의 정수)

화학식 5

(m은 10 내지 30의 정수이고, l은 10 내지 30의 정수)

실시예 1-2(사출 성형)

상기 1-1에 따라 준비된 원료물질 A 부분과 B 부분을 제1원료 탱크와 제2원료 탱크에 각각 로딩하였다. 로딩된 원료물질 A 부분과 B 부분을 동일한 유량으로 혼합 탱크에 공급하고, 혼합 탱크에서는 혼합물을 스테틱믹서로 공급하여 원료 물질의 혼합이 이루어지도록 하였다. 이어서, 스테틱 믹서에서는 인젝터인 압출기로 혼합된 원료물질을 공급하고, 공급된 원료는 압출기를 통하여 압출기 전단의 노즐을 통하여 금형 내부로 투입되었다. 이때, 압출기의 온도는 25℃였고, 금형의 온도는 120℃였다. 금형에 투입된 원료는 5분 동안 경화되고 금형이 분리되면서 성형된 CMP용 멤브레인이 금형에서 분리되었다. 이어서 금형에서 분리된 CMP용 멤브레인을 200℃의 오븐에서 240분 동안 방치하여 잔류 휘발성분을 제거하였다.

실험예(노화 테스트)

상기의 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 A사에서 상용화하여 판매하는 CMP용 멤브레인(HCE를 원료로 프레스 방식으로 성형됨, 이하에서 'A사 멤브레인'이라 한다)에 대하여 경도, 인장강도 및 신장율을 평가하기 위하여 노화 테스트(aging test)를 진행하였다. 노화 테스트는 각각의 멤브레인을 250℃의 오븐에서 72시간동안 방치하였다가 상온의 외부로 다시 꺼내는 것으로 진행되었다.

평가예 1(노화진행전후의 경도 측정)

본 발명의 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 A사 멤브레인에 대하여 최초 경도와 실험예에 따라 노화 테스트 한 후의 경도를 측정하여 비교하였다. 경도 측정 방법은 ASTM D2240을 따랐다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 CMP용 멤브레인과 A사 멤브레인을 250℃에서 75시간 동안 에이징한 후의 경도 변화를 측정한 결과이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 CMP용 멤브레인은 초기 경도 45쇼아A(shore A)를 나타내었고, 노화 테스트 후에는 47쇼아 A를 나타내었다. 이에 비하여 A사 멤브레인은 초기 경도 44쇼아 A를 나타내었고, 노화 테스트 후에는 42쇼아 A를 나타내었다.

평가예 2(노화진행전후의 인장강도 측정)

본 발명의 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 A사 멤브레인에 대하여 최초 경도와 실험예에 따라 노화 테스트 한 후의 인장강도를 측정하여 비교하였다. 인장강도 측정 방법은 ASTM D412를 따랐다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 CMP용 멤브레인과 A사 멤브레인을 250℃에서 75시간 동안 에이징한 후의 인장강도 변화를 측정한 결과이다. 도 10을 참조하면, 본 발명의 CMP용 멤브레인은 초기 인장강도는 8.6MPa을 나타내었고, 노화 테스트 후에는 8.1MPa를 나타내었다. 이에 비하여 A사 멤브레인은 초기 인장강도 6.7MPa을 나타내었고, 노화 테스트 후에는 3.1MPa을 나타내었다. 본 발명의 CMP용 멤브레인은 A사 멤브레인에 비하여 노화에 따른 인장강도 저하가 상대적으로 매우 낮은 것으로 나타났다.

평가예 3(노화진행전후의 신장율 측정)

본 발명의 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인과 A사 멤브레인에 대하여 최초 신장율과 실험예에 따라 노화 테스트 한 후의 신장율을 측정하여 비교하였다. 신장율 측정 방법은 ASTM D412를 따랐다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 CMP용 멤브레인과 A사 멤브레인을 250℃에서 75시간 동안 에이징한 후의 신장율 변화를 측정한 결과이다. 도 11을 참조하면, 본 발명의 CMP용 멤브레인은 초기 신장율은 630%를 나타내었고, 노화 테스트 후에는 439%를 나타내었다. 이에 비하여 A사 멤브레인은 초기 신장율은 697%을 나타내었고, 노화 테스트 후에는 209%를 나타내었다. 본 발명의 CMP용 멤브레인은 노화에 따른 신장율의 저하가 상대적으로 낮았지만, A사 멤브레인은 노화에 따라 신장율이 초기 대비 30% 이하의 수준으로 낮아졌다.

평가예 4( 열질량분석 )

본 발명의 실시예에 따라 제조된 CMP용 멤브레인, A사 멤브레인 및 B사에서 상용화하여 판매하는 멤브레인(HCE를 원료로 프레스 방식으로 성형됨, 이하에서 'B사 멤브레인'이라 한다)에 대하여 열질량분석(thermo gravimetry analysis, TGA)을 수행하였다. 열질량분석의 조건 중 승온 속도는 20℃/분이었고, 질소 분위기에서 분석이 진행되었다.

도 12는 본 발명의 실시예에 따른 CMP용 멤브레인, A사 멤브레인 및 B사 멤브레인에 대한 열질량분석 결과이다. 도 12를 참조하면, A사 멤브레인 및 B사 멤브레인은 약 330℃에서 분해가 시작되다가 400℃ 이상에서 급격한 분해가 일어나고, A사 멤브레인은 약 590℃, B사 멤브레인은 약 630℃까지 분해가 진행되다가 멈추는 것을 알 수 있다. 이에 비하여 본 발명의 실시예에 따른 CMP용 멤브레인은 350℃에서 650℃ 구간에서 분해가 서서히 일어나는 것을 알 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예에 따른 CMP용 멤브레인은 A사 멤브레인 및 B사 멤브레인에 비하여 열적으로 매우 안정하다는 것을 알 수 있으며, 이는 평가예 2 및 평가예 3의 결과와도 일치한다. 또한 본 발명의 CMP용 멤브레인은 CMP용 슬러리에 대한 내화학성에 있어서도 HCE를 이용하여 프레스 방식으로 제조된 종래의 CMP용 멤브레인에 비하여 우수한 결과를 가지고 있는 것으로 나타났다

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 일 구현예를 이용하여 설명한 것으로써, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에서 설명된 구현예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이런 구현예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: CMP용 멤브레인 110: 기판 접촉부
111~115: 압력 조절부 201: 제1원료 탱크
202: 제2원료 탱크 203: 혼합 탱크
204: 믹서 210: 인젝션 유닛
211: 인젝터 212: 인젝터 온도 조절부
220: 몰드 유닛 221: 금형
222: 역류방지 밸브 223: 금형 온도 조절부
224: 클램핑 조절부 304:이젝터
311:제1취출금형 312:제2취출금형
313:제3취출금형 314:코어금형
315:폐쇄블럭 321:제1이동판
322:제2이동판 323:제3이동판
331:제1로드 332:제2로드
333:제3로드 L:축선
M:몰딩용 케이스 S1:제1성형로
S2:제2성형로

Claims

화학적 기계적 연마장치의 폴리싱 헤드에 적용되고, 기판의 후면에 접촉하는 기판 접촉부 및 기판 접촉부의 서로 다른 영역에 동일한 또는 서로 다른 압력을 가하기 위한 압력 조절부를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법에 있어서,
인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급하는 단계;
상기 인젝터에 공급된 반응성 고분자 원료를 인젝터의 노즐을 통하여 금형의 내부 공간으로 투입시키는 단계;
상기 금형의 내부 공간에서 반응성 고분자 원료를 반응시켜 멤브레인으로 성형하는 단계; 및
상기 금형에서 성형된 멤브레인을 금형에서 분리하는 단계;를 포함하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 반응성 고분자 원료는 베이스 고분자, 가교제 및 촉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급하는 단계에서 반응성 고분자 원료는 베이스 고분자 및 촉매를 포함하는 제1부분과 베이스 고분자 및 가교제를 포함하는 제2부분으로 분리하여 투입되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 인젝터에 반응성 고분자 원료를 공급하는 단계 후에 반응성 고분자 원료를 혼합하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금형의 내부 공간에서 반응성 고분자 원료를 반응시켜 멤브레인으로 성형하는 단계에서 금형 내부의 온도는 60 내지 160℃로 조절되는 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 금형은,
상기 압력 조절부들의 형상에 상응하는 제1성형로를 갖도록 몰딩용 케이스의 내측 공간에서 서로 이격되게 배치되는 코어금형과 취출금형;
상기 코어금형과 취출금형의 일면이 동일평면 상에 위치된 경우에, 상기 기판 접촉부의 두께에 상응하고 상기 제1성형로와 소통되는 제2성형로를 가지도록, 상기 금형들의 일면을 폐쇄시키는 폐쇄블럭; 및
상기 폐쇄블럭이 상기 코어금형과 취출금형에 접근된 상태에서 상기 코어금형과 취출금형의 일면을 폐쇄시킬 수 있게 하고, 그 폐쇄블럭이 상기 코어금형과 취출금형으로부터 이격된 상태에서 그 코어금형과 취출금형의 일면이 외부로 노출되도록, 상기 코어금형과 취출금형과 폐쇄블럭을 동일한 축선 상에서 상대 이동시키는 이동수단;을 포함하여 이루어져서,
상기 코어금형과 취출금형의 일면이 상기 폐쇄블럭에 의해 폐쇄된 상태에서 반응성 고분자 원료를 상기 제1성형로와 제2성형로 중 적어도 하나에 주입시킴으로써 상기 기판 접촉부와 압력 조절부로 이루어진 멤브레인을 성형시킬 수 있게 하고, 상기 코어금형과 취출금형의 일면의 상기 폐쇄블럭에 의한 폐쇄상태가 해제됨으로써 상기 성형된 멤브레인의 탈거가 가능하도록 구성된 것을 특징으로 하는 화학적 기계적 연마장치용 멤브레인의 제조방법.
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