KR20010055971A - Polymeric polising pad - Google Patents
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Description
[산업상 이용분야][Industrial use]
본 발명은 중합체 미소요소를 포함하는 연마패드에 관한 것으로, 특히 미세중공 폴리머다발과 이 다발 및 단일중공 폴리머를 미소요소로 포함하는 우렌탄 기재의 연마패드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a polishing pad comprising a polymer microelement, and more particularly, to a urethane-based polishing pad comprising a microporous polymer bundle, the bundle and a single hollow polymer as a microelement, and a manufacturing method thereof.
더욱 상세하게는 실리콘 웨이퍼 등의 대상 물품 표면을 연마할 때 대상 물품의 표면에 대향하여 충분한 탄성과 유연성을 가지며, 연마슬러리를 포집 및 공급하는 기능을 갖는 세포조직 구조의 미세중공 폴리머다발과 이 다발 및 단일중공 폴리머가 우레탄 기재에 함침된 연마패드 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.More specifically, the microporous polymer bundle having a cell structure having sufficient elasticity and flexibility to face the surface of the object when polishing the surface of the object, such as a silicon wafer, and having the function of collecting and supplying the polishing slurry, and the bundle And a polishing pad in which a single hollow polymer is impregnated into a urethane substrate and a manufacturing method thereof.
[종래 기술][Prior art]
일반적으로 연마패드는, 고도의 평탄면이 요구되는 물품 표면을 연마하기 위한 것으로서 단독 또는 그 부재로 사용된다. 이렇게 사용되는 연마패드의 형상은 원뿔, 원기둥, 평판 등 대상 물품에 대응하여 다양한 형상과 모양으로 제작될 수 있다.Generally, a polishing pad is used to polish an article surface requiring a high level of flat surface and is used alone or in a member thereof. The shape of the polishing pad used in this way may be manufactured in various shapes and shapes corresponding to the target object such as a cone, a cylinder, a flat plate.
연마작업의 대상 물품은 반도체소자, TFT-LCD, 실리콘소자, 유리, 세라믹, 고분자, 금속 등의 연마부위가 가루 상태로 분리되는 물품의 것에 적용되며, 여기서는 반도체 웨이퍼를 대상 물품의 일 예로 설명한다.The article to be polished is applied to an article in which polishing sites such as semiconductor devices, TFT-LCDs, silicon devices, glass, ceramics, polymers, and metals are separated in a powder state, and a semiconductor wafer will be described as an example of the article. .
상기 연마작업은 연마패드에 웨이퍼의 표면을 접촉 또는 근접 대향하도록 위치시키고, 그 사이에 연마제를 포함하는 연마슬러리를 공급하며 연마패드 및 웨이퍼를 유동시키는 과정에서 이루어진다.The polishing is performed in the process of placing the polishing pad in contact with or in close proximity to the surface of the polishing pad, supplying a polishing slurry containing the polishing agent therebetween, and flowing the polishing pad and the wafer therebetween.
한편, 상기 연마슬러리는 물, 또는 오일과 같은 액상 냉각제, 실리카, 산화알루미늄, 실리콘카바이드, 산화세륨 등과 같은 연마제, 유화제 및 그 이외의 물품 성질에 대응하는 각종 성분이 포함될 수 있다.On the other hand, the polishing slurry may include various components corresponding to the properties of the abrasive, emulsifiers and other article properties such as liquid coolant such as water or oil, silica, aluminum oxide, silicon carbide, cerium oxide and the like.
이하에서는 상기 연마패드와 대상 물품인 웨이퍼 및 슬러리의 적용 관계에대하여 도 1에 도시된 화학적 기계적 연마장치(이하 CMP; chemical-mechanical polishing machine)의 구성을 참조하여 설명한다.Hereinafter, the application relationship between the polishing pad, the wafer and the slurry as the target article will be described with reference to the configuration of the chemical mechanical polishing apparatus (CMP) shown in FIG. 1.
일반적인 CMP의 구성은, 도 1에 도시된 바와 같이 하측 구동모터(도면에서는 생략)의 구동에 의해 수평한 상태로 고속 회전하는 패드척(2)이 있고, 이 패드척(2)의 상면에는 소정의 두께를 갖는 판 형상의 연마패드(1)가 통상의 방법으로 부착 고정된다.As shown in Fig. 1, a general CMP configuration includes a pad chuck 2 that rotates at high speed in a horizontal state by driving a lower drive motor (not shown in the drawing). The pad chuck 2 has a predetermined surface. A plate-shaped polishing pad 1 having a thickness of is attached and fixed in a conventional manner.
또한, 연마패드(1) 중심부로부터 이격된 상측 중심 위치에는 슬러리 공급노즐(3)이 설치되며, 이 슬러리 공급노즐(3)을 통하여 공급되는 슬러리는 연마패드(1)의 회전에 의한 원심력으로 연마패드(1) 상면에 균일하게 도포된다.In addition, a slurry supply nozzle 3 is installed at an upper center position spaced apart from the center of the polishing pad 1, and the slurry supplied through the slurry supply nozzle 3 is polished by centrifugal force by the rotation of the polishing pad 1. It is applied uniformly to the upper surface of the pad (1).
또한 연마패드(1)의 상면 일측 부위에는 웨이퍼(4)를 고정하여 이 웨이퍼(4)의 일면이 연마패드(1) 상면을 선택적으로 대향 위치시키도록 하는 연마부(5)가 설치된다.Further, at one side of the upper surface of the polishing pad 1, the polishing portion 5 is provided so that the wafer 4 is fixed so that one surface of the wafer 4 can be selectively opposed to the upper surface of the polishing pad 1.
이러한 연마부(5)는 고정된 웨이퍼(4)를 연마패드(1)에 대향하는 상태로 회전시킴과 동시에 유동시키도록 구성되며, 또 선택적으로 웨이퍼(4)를 다른 위치로 이격시키는 동작을 수행한다.The polishing unit 5 is configured to rotate and simultaneously move the fixed wafer 4 in a state opposite to the polishing pad 1, and optionally to separate the wafer 4 from other positions. do.
그리고, 연마패드(1) 상면의 다른 일측 부위에는, 사용되는 연마패드(1)의 표층을 소정의 두께로 연마하여 제거하도록 하는 드레싱부(6)가 설치된다.At the other side of the upper surface of the polishing pad 1, a dressing part 6 is provided for polishing and removing the surface layer of the polishing pad 1 to be used to a predetermined thickness.
이러한 CMP의 구성에 의하면, 슬러리 공급노즐(3)을 통해 공급되는 슬러리는 연마패드(1)의 고속 회전에 의해 그 상면에 균일하게 도포되고, 이러한 상태에서 상기 연마부(5)는 웨이퍼(4)의 요구되는 일면을 연마패드(1) 상면에 접촉 또는 근접하도록 대향 위치시켜 도 1에 도시된 좌·우 화살표 방향으로 유동시킴과 동시에 회전시키게 된다.According to the structure of this CMP, the slurry supplied through the slurry supply nozzle 3 is uniformly applied to the upper surface by the high speed rotation of the polishing pad 1, and in this state, the polishing unit 5 is the wafer 4 The required one surface of)) is placed to face or contact the upper surface of the polishing pad 1 so as to flow in the direction of the left and right arrows shown in FIG. 1 and rotate at the same time.
이때 위치되는 웨이퍼(4)는 슬러리가 균일하게 도포되는 연마패드(1)와 접촉 또는 근접하는 상태로 유동하게 되므로 그 대향 표면이 연마된다.The wafer 4 positioned at this time flows in contact with or in close contact with the polishing pad 1 to which the slurry is uniformly applied, and thus the opposite surface is polished.
이러한 과정으로 웨이퍼(4)의 대향면이 충분히 연마되며, 연마부(5)는 연마된 웨이퍼(4)를 외측으로 이격 위치시키고 다음 웨이퍼(4)를 위치시켜 다시 연마작업을 수행하게 된다.In this process, the opposite surface of the wafer 4 is sufficiently polished, and the polishing unit 5 positions the polished wafer 4 to the outside and positions the next wafer 4 to perform polishing again.
한편, 상기 연마작업 과정에서 연마패드(1)의 표층은 계속적인 연마작업에 의해 마모됨에 따라 그 표층의 소정 두께를 연마하여 재사용하게 된다. 이러한 경우 슬러리 공급을 하면서, 또는 슬러리 공급을 중단하고, 연마패드(1)의 다른 일측으로부터 드레싱부(6)를 위치시켜 초순수를 공급하면서 회전하는 연마패드(1)의 표층 소정 두께를 연마함으로써 다음 웨이퍼(4)의 연마 단계를 준비하게 된다.On the other hand, as the surface layer of the polishing pad 1 is worn by the continuous polishing operation in the polishing process, the predetermined thickness of the surface layer is polished and reused. In this case, by supplying the slurry or by stopping the slurry supply, by positioning the dressing part 6 from the other side of the polishing pad 1 and polishing the surface layer predetermined thickness of the rotating polishing pad 1 while supplying ultrapure water, The polishing step of the wafer 4 is prepared.
일반적으로 사용되는 연마패드(1)는 패드 두께의 전반에 걸쳐 불균일한 물리적 성질을 갖는 다층 구조의 것이 주로 사용된다.Generally used polishing pads 1 are mainly multi-layered structures having non-uniform physical properties throughout the thickness of the pads.
이러한 다층 구조는 도 2에 나타낸 바와 같이 통상 지지층(7), 연마층(8) 및 연마층(8)이 표면화되는 작업표면(9)으로 구분할 수 있다.This multilayer structure can be divided into a working surface 9 on which the support layer 7, the polishing layer 8, and the polishing layer 8 are usually surfaced, as shown in FIG. 2.
상기 지지층(7)은 상술한 패드척(2) 등에 접착되는 구성으로서 우레탄 폼과 같은 다공성 구조를 갖거나 섬유재 등이 있으며, 웨이퍼(4)에 의한 가압된 힘에 대응하여 복원성을 갖는 성질로 그 상측에 구비되는 연마층(8)을 웨이퍼(4)에 대응하여 균일한 탄성력으로 지지하는 역활을 수행하게 된다.The support layer 7 is bonded to the pad chuck 2 or the like as described above, and has a porous structure such as urethane foam or a fiber material, and has a property of restoring in response to the force applied by the wafer 4. The polishing layer 8 provided on the upper side thereof serves to support the wafer 4 with a uniform elastic force.
또한 상기 지지층(7)의 상측에 구비되는 연마층(8)은 그 성분이 미시적 탄성을 갖는 다공성 우레탄 등의 것이 사용되고, 이 연마층(8)의 표층을 이루는 작업표면(9)은 연마층(8)보다 더 탄력적이고 유연한 성질의 것으로 웨이퍼(4)와 접촉 또는 근접하도록 대향되게 된다.In addition, the polishing layer 8 provided on the upper side of the support layer 7 is made of a porous urethane or the like whose component is microelastic, and the work surface 9 constituting the surface layer of the polishing layer 8 is a polishing layer ( It is more elastic and flexible than 8) and is opposed to come into contact with or close to the wafer 4.
이러한 연마패드(1)에 있어서, 작업표면(9)은 연마작업시 국부적 또는 광역적으로 마모되는 정도가 차별화되어 그 대상이 되는 웨이퍼(4)의 표면을 불균일하게 연마하게 된다. 그러므로 연마작업을 수행함에 있어서, 상기 연마패드(1)의 작업표면(9)이 마모되는 정도에 대응하여 일정한 주기로 그 표층을 소정의 두께로 연마하게 된다.In such a polishing pad 1, the work surface 9 is differentiated locally or globally during the polishing operation, thereby unevenly polishing the surface of the wafer 4 as a target. Therefore, in performing the polishing operation, the surface layer is polished to a predetermined thickness at regular intervals corresponding to the degree of wear of the working surface 9 of the polishing pad 1.
한편, 연마패드(1)의 작업표면(9) 구성은 웨이퍼(4)에 접촉 또는 근접 대응하는 관계에 있어서 연마슬러리(10)가 계속적으로 그 대향면에 분포된 상태를 유지하도록 연마슬러리(10)를 포집하는 상태로 유동시킬 것이 요구된다.On the other hand, the configuration of the working surface 9 of the polishing pad 1 is such that the polishing slurry 10 is kept in a state in which the polishing slurry 10 is continuously distributed on the opposite surface in a relation corresponding to or in close contact with the wafer 4. ) Is required to flow in the state of capture.
이러한 요구 조건을 실현하기 위하여, 미국특허 제5,577,362호에 상기 지지층(7)과 연마층(8) 및 작업표면(9)으로 구분되는 구성을 마모와 연마에 대응하여 각 층의 성질 및 효과가 이루어지도록 하는 단일 구성으로 형성한 것이 개시되어 있다.In order to realize such a requirement, US Pat. No. 5,577,362, which is divided into the support layer 7, the polishing layer 8, and the working surface 9, has the properties and effects of each layer in response to wear and polishing. It is disclosed that the unitary structure is formed in a single configuration.
이러한 연마패드(1)의 구성은 도 2에 나타낸 바와 같이, 액상 슬러리의 침투성이 없는 폴리머릭 베이스(polymeric matrix)(11)와 이 폴리머릭 베이스(11)에 다량의 중공 폴리머(중합성 미소요소; polymeric microelement)(12)를 균일하게 분포되도록 함침시켜 형성한 것이다.As shown in FIG. 2, the polishing pad 1 has a polymeric matrix 11 having no permeability of a liquid slurry and a large amount of hollow polymer (polymerizable microelements) in the polymeric base 11. It is formed by impregnating the polymeric microelement (12) to be uniformly distributed.
상기 폴리머릭 베이스(11)의 성분은 우레탄, 멜라민, 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리비닐아세테이트 및 불소탄화수소 등 및 이들의 혼합물이나 공중합체 및 그라프트 공중합체로부터 형성된 것으로, 여기서는 액상 우레탄을 그 대표적인 성분으로 구성되어 있다.The component of the polymeric base 11 is formed from urethane, melamine, polyester, polysulfone, polyvinylacetate, fluorohydrocarbon, and the like, or mixtures thereof, copolymers, and graft copolymers. It consists of.
또한 상기 중공 폴리머(12)의 성분은 폴리비닐알콜, 펙틴, 폴리비닐피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로오즈, 메틸셀룰로오즈, 하이드록프로필메틸셀룰로오즈, 카복시메틸셀룰로오즈, 하이드록시프로필셀룰로오즈, 폴리아크릴산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴레이트, 전분, 말레이산 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리우레탄 및 이들의 혼합물 등이다.In addition, the components of the hollow polymer 12 include polyvinyl alcohol, pectin, polyvinylpyrrolidone, hydroxyethyl cellulose, methyl cellulose, hydroxypropyl methyl cellulose, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, polyacrylic acid, and polyacrylic acid. Amides, polyethylene glycols, polyhydroxyether acrylates, starches, maleic acid copolymers, polyethylene oxides, polyurethanes, and mixtures thereof.
한편, 이들 중공 폴리머(12)는 코아-쉘 구조를 갖는 단일중공 폴리머(12)로 그 내부에는 저비점 탄화수소계 가스가 투입되어 팽창된 약 10∼150 ㎛ 정도의 크기의 것이다. 이러한 중공 폴리머(12)는 폴리머릭 베이스(11)의 표층으로 중공 폴리머(12)가 개방되기 용이하도록 하고, 또 그에 따른 표층의 탄력성과 유연성 확보 및 표층 하부의 탄력성을 이루기 위한 것이다. 따라서 이러한 단일중공 폴리머(12)를 포함하는 연마패드(1)는 단일중공 폴리머(12)의 일부분이 작업표면(9)에 존재하면서 연마슬러리(10)를 포함하는 작업 환경에 노출되고, 단일중공 폴리머(12)의 다른 부분이 작업 환경에 노출되지 않은 패드의 내층면에 함침되고, 작업표면(9)에서의 단일중공 폴리머(12)의 일부분이 작업 환경에 노출되는 결과, 패드의 가공표면에 내층면보다 비교적 더 부드러우며, 하층면이 중공 폴리머(12)가 작업 환경에 노출되는 경우 패드의 마모동안에 비교적 더 부드러운작업표면(9)으로 되어 작업표면(9)을 재생하고, 그 결과 기판 또는 웨이퍼(4)를 보다 신속하고 균일하게 연마시키거나 평면화할 수 있는 것이다.On the other hand, these hollow polymers 12 are single-hollow polymers 12 having a core-shell structure and have a size of about 10 to 150 µm in which low-boiling hydrocarbon-based gas is introduced therein. The hollow polymer 12 is to facilitate the opening of the hollow polymer 12 to the surface layer of the polymeric base 11, and thereby to secure the elasticity and flexibility of the surface layer and to achieve the elasticity of the lower surface layer. Thus, the polishing pad 1 comprising such a single hollow polymer 12 is exposed to a working environment including the polishing slurry 10 while a portion of the single hollow polymer 12 is present on the work surface 9, and is a single hollow hole. Another portion of the polymer 12 is impregnated into the inner layer surface of the pad that is not exposed to the working environment, and a portion of the single hollow polymer 12 on the work surface 9 is exposed to the working environment, resulting in the processing surface of the pad. It is relatively softer than the inner layer surface, and the lower layer surface becomes a relatively softer work surface 9 during pad wear when the hollow polymer 12 is exposed to the working environment to regenerate the work surface 9, resulting in a substrate or wafer. (4) can be polished or planarized more quickly and uniformly.
그러나 이러한 연마패드(1)의 단일중공 폴리머(12)는 연마슬러리(10)를 포집하고, 연마 작업 중에 연마슬러리(10)가 연마되는 작업표면(9)에 고르게 공급한다. 하지만 작업표면(9)에 노출되는 부위의 연마슬러리(10)는 직,간접적으로 연마에 참여하며, 그 연마 정도는 슬러리 입자 크기, 투입속도, 투입량에 따라 다르게 된다.However, the single hollow polymer 12 of the polishing pad 1 collects the polishing slurry 10 and evenly supplies the working surface 9 on which the polishing slurry 10 is polished during the polishing operation. However, the polishing slurry 10 at the part exposed to the work surface 9 participates in polishing, directly or indirectly, and the degree of polishing varies depending on the slurry particle size, the feeding rate, and the loading amount.
또한 연마패드(1)의 작업표면(9)의 부위가 계속적인 연마작업에 의해 마모가 발생되고, 이렇게 마모된 작업표면(9)은 공급되는 연마슬러리(10)를 불균일하게 분포시키게 되어 대응하는 웨이퍼(4) 표면이 광역적으로 불균일한 연마 분위기 상에 놓이게 된다.In addition, abrasion is generated in the portion of the work surface 9 of the polishing pad 1 by continuous polishing, and the work surface 9 thus worn unevenly distributes the polishing slurry 10 supplied thereto. The surface of the wafer 4 is placed on a globally nonuniform polishing atmosphere.
또한 연마작업에 따른 마찰압력에 대응하여 지지력이 미약한 단일중공 폴리머(12) 주변 부위는 마모 정도가 심화되어 작용하는 마찰압력에 의해 도 3에 나타낸 바와 같이 밀려진 형상으로 성장되고, 이어 단일중공 폴리머(12)의 개방된 부위를 커버하는 형상으로 성장하게 된다. 이렇게 성장 돌출된 부위는 이후의 슬러리(10)의 유동을 저해하는 요소로 작용하여 연마작업시 슬러리를 불균일하게 공급 및 분포시키게 되고, 이에 따라 웨이퍼(4)에 대한 연마 특성이 변화하게 된다. 이 경우, 도 4에 나타낸 바와 같이, 슬러리의 공급을 중단한 상태에서 회전하는 연마패드(1)의 일측 상면에 드레싱부(6)를 대향 위치시켜 그 작업표면(9)의 소정 두께를 연마하게 된다. 이때 표출되는 작업표면(9)의 개방된 단일중공 폴리머(12)의 주변 부위는 드레싱부(6)의 연마 압력에 대응하여 충분한 지지력을제공하지 못함에 따라 그 주변의 작업표면(9)에서 밀려진 형상으로 남게 되고, 탄성에 의해 복원되더라도 다시 연마 작업 과정에서 연장 형성되어 연마슬러리(10)의 불균일한 분포와 웨이퍼(4)의 연마 효율 저하 문제를 초래한다.In addition, the portion around the single hollow polymer 12 having a weak bearing force corresponding to the frictional pressure caused by the polishing operation is grown in a pushed shape as shown in FIG. It grows to the shape which covers the open part of the polymer 12. The growth protruding portion acts as a factor that inhibits the flow of the slurry 10 afterwards, thereby unevenly supplying and distributing the slurry during polishing, thereby changing the polishing characteristics of the wafer 4. In this case, as shown in Fig. 4, the dressing part 6 is placed on the upper surface of one side of the rotating polishing pad 1 while the supply of the slurry is stopped, so that the predetermined thickness of the working surface 9 is polished. do. At this time, the periphery of the open single-porous polymer 12 of the work surface 9 to be exposed is pushed away from the work surface 9 around the work surface 9 as it does not provide sufficient support force corresponding to the polishing pressure of the dressing part 6. Although it remains in a true shape and is restored by elasticity, it is extended in the polishing operation again, resulting in a nonuniform distribution of the polishing slurry 10 and a decrease in polishing efficiency of the wafer 4.
또한 상기 문제점들은 반복적으로 발생하며, 그 짧은 주기로 연마패드(1)의 수명이 단축되어 연마패드(1)를 자주 교체하여 연마작업에 따른 작업시간이 지연되고, 그 결과 생산성 저하의 문제가 발생한다.In addition, the above problems repeatedly occur, and the lifespan of the polishing pad 1 is shortened at such a short period, so that the polishing pad 1 is frequently replaced, thus delaying the work time due to the polishing operation. .
또 다른 면으로 상기 단일중공 폴리머(12)의 입자 크기는 10∼150 ㎛이지만 쉘(shell)의 두께는 1 ㎛ 정도로 중공부가 작업표면(9)에 개방될 경우 전체 연마 면적은 중공 폴리머의 부분은 입자크기에서 극히 일부 만을 제공한다. 따라서 전체 연마패드(1)의 작업면적은 상대적으로 낮게 되어 연마작업 효율이 낮아지게 되고, 그 결과 연마층(8)의 두께 마모 속도가 빨라지는 현상을 나타내게 된다.On the other hand, the particle size of the single hollow polymer 12 is 10 to 150 μm but the shell is 1 μm in thickness, so that when the hollow part is opened to the work surface 9, the total polishing area is Only a fraction of the particle size is provided. Therefore, the working area of the entire polishing pad 1 is relatively low, resulting in low polishing efficiency. As a result, the wear rate of the polishing layer 8 is increased.
또 다른 면으로 상기 단일중공 폴리머(12)는 반도체 웨이퍼(4)를 연마할 경우 보통 90 ㎛ 정도의 입자크기를 갖는 것을 사용하고 입자들 간의 간격을 약 100 ㎛ 정도로 이격시키는데 이러한 코아의 크기는 연마작업에서 매크로(macro) 운동을 하는 것으로 정밀 가공을 위해서는 코아의 크기를 10 ㎛ 정도로 조정하고 이격을 1 ㎛로 줄여서 지지성을 보완하여 사용해야 하나 연마슬러리(10)의 포집량이 크게 감소하므로 상대적으로 연마효율이 크게 낮아지는 단점이 있다.On the other hand, when the single hollow polymer 12 is used to polish the semiconductor wafer 4, it has a particle size of about 90 μm and spaces the gap between the particles about 100 μm. For precise machining by macro motion in the work, the core size should be adjusted to about 10 μm and the distance should be reduced to 1 μm to compensate for the support, but the amount of polishing slurry 10 is greatly reduced, so it is relatively polished. There is a disadvantage that the efficiency is significantly lowered.
또 다른 면으로 연마패드(1)의 표면(2)으로 공급되는 연마슬러리(10)가 미세하지 않고 불균일하게 큰 입자를 포함하고 있을 경우 이 연마슬러리(10)의 큰 입자를 포집하게 되어 고정도의 연마를 요구하는 대상물품인 웨이퍼(4)에 스크래치를발생시킬 수 있는 문제점이 있다.On the other side, when the polishing slurry 10 supplied to the surface 2 of the polishing pad 1 is not fine and contains non-uniformly large particles, the large particles of the polishing slurry 10 are trapped to obtain high precision. There is a problem that may cause scratches on the wafer 4, which is an object to be polished.
이를 보완하기 위하여 본 발명자는 상기 단일중공 폴리머(12) 대신에 세포조직 구조의 미세중공 폴리머다발(13)을 갖는 연마패드를 특허출원하였다(출원번호 제99-22619호).In order to compensate for this, the present inventors have applied for a polishing pad having a microporous polymer bundle 13 having a cell structure instead of the single hollow polymer 12 (Application No. 99-22619).
이 미세중공 폴리머다발은(13)은 단일 중공의 폴리머(14)가 다량으로 응집된 것으로 종래의 미소요소로 사용되던 단일 중공의 폴리머(12)가 하나의 중공부의 코어(core)를 갖고 있는 것에 비하여 미세중공부가 다수의 코어(core)를 형성하고 있어서 도 5, 도 11 및 도 12에 나타낸 바와 같이 대상 물품에 접촉 또는 근접 대향하는 작업표면(9)이 연마작업시에 충분한 탄성력과 유연성을 갖도록 함과 동시에 대상 물품과 드레싱부(6)에 의한 연마작업시 작용하는 마찰력에 대응하여 충분한 탄력과 유연성 및 지지력을 갖도록 하였으며, 다수의 코어(core)를 갖고 있는 미세 쉘(shell)을 연마에 참여시켜 종래의 매크로 운동보다 아주 작은 마이크로 운동을 하도록 부여하여 연마 효율을 얻으며, 그 결과 표층의 평탄화 유지와 그 수명을 연장할 수 있다.This microporous polymer bundle (13) is composed of a large amount of single hollow polymer (14) aggregated in that a single hollow polymer (12) used as a conventional microelement has a core of one hollow part. On the other hand, since the micro hollow portion forms a plurality of cores, as shown in Figs. 5, 11 and 12, the work surface 9 which is in contact with or in close proximity to the object article provides sufficient elastic force and flexibility during polishing. At the same time, it has sufficient elasticity, flexibility, and support to cope with the frictional force acted upon by the object and the dressing part 6, and fine shells having a plurality of cores are used for polishing. Participation allows for much smaller micro movements than conventional macro movements to achieve polishing efficiency, resulting in a flattening of the surface layer and extending its life.
즉, 종래 연마패드의 단일중공 폴리머(12) 1 개가 차지하는 공간을 다수의 미세중공 폴리머(14)가 다발(13)의 형태로 차지하여 작업표면(9)으로 노출되는 코아의 수가 많으며, 이러한 노출된 코아에 연마슬러리(10) 입자가 포집되어 연마 작업에 직접 참여할 수 있는 연마슬러리(10) 입자의 숫자가 늘어나므로, 그 결과 작업표면(9)에 연마슬러리(10)의 입자를 고정된 상태로 연마작업에 참여시킬수 있어서 공급되는 연마슬러리(10)의 입자의 수를 종래의 단일중공 폴리머(12)에 비하여상대적으로 증대시켜 연마작업의 효율을 향상시킬 수 있으면서도, 작업표면(9) 밑에 위치한 다발 코어(13)는 연마슬러리(10)를 포집하지 않으므로 전체 연마슬러리(10)의 사용량을 감소시키는 등의 많은 장점을 가지고 있다.That is, the space occupied by one single hollow polymer 12 of the conventional polishing pad occupies a large number of fine hollow polymers 14 in the form of bundles 13 and the number of cores exposed to the work surface 9 is large. Since the number of particles of the polishing slurry 10 which can directly participate in the polishing operation is collected by collecting the particles of the polishing slurry 10, the particles of the polishing slurry 10 are fixed to the work surface 9 as a result. While the number of particles of the polishing slurry 10 supplied can be increased relative to the conventional single hollow polymer 12 so as to improve the efficiency of the polishing operation, Since the bundle core 13 does not collect the polishing slurry 10, the bundle core 13 has many advantages, such as reducing the amount of use of the entire polishing slurry 10.
또한 작업표면(9)에 노출된 코아의 지지는 종래의 단일중공 폴리머(12)가 다른 위치에 있는 입자로 부터 받는 것인 반면에 중공 폴리머다발(13)은 1차 입자가 응집되어 이루어진 2차 입자이므로 주변의 다른 다발 입자 뿐만 아니라 노출된 코아 밑에 위치한 자기 2차 내부의 다수의 1차 입자로부터 지지를 받으므로 보다 유연성과 강성을 함께 유지할 수 있다.In addition, the support of the core exposed on the work surface 9 is that the conventional single hollow polymer 12 is received from particles in different positions, while the hollow polymer bundle 13 is a secondary formed by aggregation of primary particles. As a particle, it is supported by a plurality of primary particles inside a magnetic secondary located under the exposed core as well as other bundle particles in the surroundings, thereby maintaining flexibility and rigidity together.
또한 이러한 미세중공 폴리머다발은(13)은 전체 다발의 크기는 10∼300 ㎛이고, 1차 입자(14)의 크기가 0.1∼10 ㎛이면서, 코어의 크기가 상대적으로 쉘(shell)의 두께를 제외하고는 평균직경이 0.04∼8 ㎛로 매우 작아서 연마슬러리(10)가 미세하지 않고 불균일하게 큰 입자를 포함하고 있을 경우 연마슬러리(10)의 큰 입자를 포집하지 않고 여과하는 역할을 하여 근본적으로 스크래치를 감소시킬 수 있는 장점도 있다.In addition, the microporous polymer bundle 13 has a total bundle size of 10 to 300 µm, a primary particle 14 having a size of 0.1 to 10 µm, and a core size relatively to a shell thickness. Except for the fact that the average diameter is very small (0.04 ~ 8 ㎛), if the polishing slurry 10 is not fine and contains non-uniformly large particles, it plays a role of filtering the large particles of the polishing slurry 10 without collecting them. It also has the advantage of reducing scratches.
또한 이러한 미세중공 폴리머다발(13)은 미세한 중공 및 중공의 쉘(shell)이 작업표면(9)에 노출되므로 쉘(shell)이 연마에 참여할 때는 마이크로(micro) 운동을 하므로 고정도의 연마가 가능하다.In addition, since the microporous polymer bundle 13 is exposed to the work surface 9 of the fine hollow and hollow shells, the microporous polymer micro-moves when the shell participates in the polishing, thereby enabling highly accurate polishing. .
그러나 연마 대상물품에 따라서는 단일중공 폴리머(12)보다 연마슬러리(10) 입자를 포집하는 양이 적으므로 필요한 연마슬러리(10)의 양이 적게되어 연마속도가 낮아지는 문제가 발생할 수도 있다.However, depending on the object to be polished, since the amount of collecting the abrasive slurry 10 particles is smaller than that of the single hollow polymer 12, the amount of the required abrasive slurry 10 is reduced, which may cause a problem of lowering the polishing rate.
따라서 종래 기술의 문제점을 고려하여,Therefore, in view of the problems of the prior art,
본 발명은 스크레치 없이 고정도로 연마가 가능한 연마패드의 미소요소용 폴리머 및 그의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.An object of the present invention is to provide a polymer for a microelement of a polishing pad which can be polished with high precision without scratching, and a method of manufacturing the same.
본 발명의 다른 목적은 스크레지 없이 고정도로 연마가 가능하면서도 연마속도가 우수한 연마패드 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a polishing pad and a method of manufacturing the same, which can be polished with high accuracy without scratching and have excellent polishing speed.
도 1은 연마패드가 사용되는 일반적인 연마 장치 및 그에 따르는 연마패드의 사용 관계를 나타낸 개략의 구성도이다.1 is a schematic configuration diagram showing a relationship between a general polishing apparatus in which a polishing pad is used and a polishing pad according thereto.
도 2는 단일중공 폴리머만을 미소요소로 포함하는 종래의 연마패드 구조를 나타낸 단면도이다.2 is a cross-sectional view illustrating a conventional polishing pad structure including only a single hollow polymer as a microelement.
도 3은 도 2에 도시된 연마패드의 사용 및 대상 물품에 대한 작용 관계를 설명하기 위한 단면도이다.3 is a cross-sectional view for explaining the use of the polishing pad shown in FIG. 2 and an operational relationship to an object.
도 4는 도 2에 도시된 연마패드의 표면을 소정 두께로 연마하는 드레싱 관계를 나타낸 단면도이다.4 is a cross-sectional view showing a dressing relationship for polishing the surface of the polishing pad shown in FIG. 2 to a predetermined thickness.
도 5는 미세중공 폴리머다발만을 미소요소로 포함하는 연마패드 구조를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing a polishing pad structure including only microporous polymer bundles as microelements.
도 6은 본 발명의 미세중공 폴리머다발과 단일중공 폴리머를 함께 미소요소로 포함하는 연마패드 구조를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view illustrating a polishing pad structure including a microporous polymer bundle and a single hollow polymer of the present invention as microelements.
도 7은 미세중공 폴리머다발을 나타낸 SEM 사진이다.7 is a SEM photograph showing a microporous polymer bundle.
도 8은 도 7의 미세중공 폴리머다발의 표면 형상을 확대한 SEM 사진이다.FIG. 8 is an enlarged SEM photograph of the surface shape of the microporous polymer bundle of FIG. 7.
도 9는 단일중공 폴리머를 나타낸 SEM 사진이다.9 is a SEM photograph showing a single hollow polymer.
도 10은 도 9의 단일중공 폴리머의 표면 형상을 확대한 SEM 사진이다.FIG. 10 is an enlarged SEM photograph of the surface shape of the single-porous polymer of FIG. 9.
도 11은 미세중공 폴리머다발만을 미소요소로 포함하는 연마패드의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.11 is a SEM photograph showing the surface of the polishing pad including only the microporous polymer bundle as a microelement.
도 12는 도 11의 미세중공 폴리머다발만을 미소요소로 포함하는 연마패드의 표면에서 미세중공 폴리머다발 부분을 확대한 SEM 사진이다.FIG. 12 is an enlarged SEM photograph of the microporous polymer bundle portion on the surface of the polishing pad including only the microporous polymer bundle of FIG. 11 as a microelement.
도 13은 본 발명의 미세중공 폴리머다발과 단일중공 폴리머를 함께 미소요소로 포함하는 연마패드의 표면을 나타낸 SEM 사진이다.FIG. 13 is a SEM photograph showing the surface of a polishing pad including a microporous polymer bundle and a single hollow polymer of the present invention as microelements.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1: 연마패드 2: 패트척1: polishing pad 2: plastic chuck
3: 슬러리 공급노즐 4: 웨이퍼3: slurry supply nozzle 4: wafer
5: 연마부 6: 드레싱부5: grinding | polishing part 6: dressing part
7: 지지층 8: 연마층7: support layer 8: abrasive layer
9: 작업표면 10: 연마슬러리9: working surface 10: polishing slurry
11: 폴리머릭 베이스 / 우레탄 기재 12: 단일중공 폴리머11: polymeric base / urethane base 12: single hollow polymer
13: 미세중공 폴리머다발 14: 미세중공 폴리머다발의 1차 입자13: microporous polymer bundle 14: primary particles of the microporous polymer bundle
[과제를 해결하기 위한 수단][Means for solving the problem]
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여,The present invention to achieve the above object,
연마패드 미소요소용 세포조직 구조의 미세중공 폴리머다발을 제공한다.The present invention provides a microporous polymer bundle having a tissue structure for a polishing pad microelement.
또한 본 발명은 연마패드 미소요소용 세포조직 구조의 미세중공 폴리머다발의 제조방법에 있어서,In addition, the present invention is a method for producing a microporous polymer bundle of the cell structure for the polishing pad microelement,
a) 단일중공 폴리머의 에멀젼을 스프레이 드라이어로 건조하여a) drying the emulsion of the mono-hollow polymer with a spray dryer
미세중공 폴리머다발을 제조하는 단계Step of preparing a microporous polymer bundle
를 포함하는 세포조직 구조의 미세중공 폴리머다발의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a microporous polymer bundle of cellular structure comprising a.
또한 본 발명은 연마패드에 있어서,In addition, the present invention in the polishing pad,
a) ⅰ) 단일중공 폴리머; 및a) iii) single hollow polymer; And
ⅱ) 미세중공 폴리머다발Ii) microporous polymer bundle
를 포함하는 우레탄 기재의 연마층Urethane-based polishing layer comprising a
을 포함하는 연마패드를 제공한다.It provides a polishing pad comprising a.
a) ⅰ) 단일중공 폴리머; 및a) iii) single hollow polymer; And
ⅱ) 미세중공 폴리머다발Ii) microporous polymer bundle
을 액상 우레탄에 혼합하여 혼합물을 제조하는 단계;Preparing a mixture by mixing in a liquid urethane;
b) 상기 a)단계의 혼합물을 소정 형상의 몰드 주형에 주입하고, 가열하여b) injecting the mixture of step a) into a mold mold of a predetermined shape and heating
겔화 및 경화시켜서 상기 ⅰ)단일중공 폴리머와 ⅱ)미세중공 폴리머다발Gelling and curing to iii) single hollow polymer and ii) microporous polymer bundles.
이 균일하게 분포된 우레탄 매트리스 기재의 경화물을 제조하는 단계;Preparing a cured product of the uniformly distributed urethane mattress substrate;
c) 상기 b)단계의 경화물을 몰드로부터 탈형한 후 소정 두께와 모양으로c) demolding the cured product of step b) from the mold to a predetermined thickness and shape
절단하는 단계Cutting steps
를 포함하는 연마패드의 제조방법을 제공한다.It provides a method for producing a polishing pad comprising a.
[작 용][Action]
본 발명은 단일중공 폴리머(12) 입자와 미세중공 폴리머다발(13) 입자를 혼용하여 미소요소로 사용하므로 단일중공 폴리머(12)만을 사용하는 연마패드(1) 또는 미세중공 폴리머다발(13) 입자만을 사용하는 연마패드(1)의 단점을 해소하고, 각각의 장점에 의해 종래의 연마패드보다 우수한 연마결과를 얻는 상승효과를 나타내도록 한 것이다.Since the present invention uses a single hollow polymer (12) particles and a fine hollow polymer bundle (13) particles as a microelement, the polishing pad (1) or the fine hollow polymer bundle (13) particles using only the single hollow polymer (12). The disadvantage of the polishing pad 1 using only is solved, and each of the advantages has a synergistic effect of obtaining a superior polishing result than the conventional polishing pad.
즉, 단일중공 폴리머(12)가 갖는 우수한 연마속도와 미세중공 폴리머다발(13) 입자가 갖는 연마효율 및 정밀한 가공의 성능을 함께 갖춘 것이다.That is, it has both the excellent polishing rate of the single hollow polymer 12, the polishing efficiency of the fine hollow polymer bundle 13 particles, and the precision processing performance.
다시 말하면 정밀 연마가 어렵고, 불균일 연마슬러리(10)에 의해 스크레치 발생 가능성이 있으나 연마슬러리(10) 입자의 포집량이 많아서 상대적으로 높은 연마속도를 내는 단일중공 폴리머(12)와, 연마 대상물품의 종류에 따라서 슬러리 포집량이 적어서 연마속도는 아주 높지는 않으나 고정도의 연마 능력을 갖고, 스크레치 발생이 없는 미세중공 폴리머다발(13)을 함께 사용하여, 스크레치가 발생하지 않고, 우수한 연마속도로 고정도의 정밀연마가 가능하도록 한 것이다.In other words, it is difficult to precisely polish, and there is a possibility of scratches caused by the non-uniform polishing slurry 10, but the single hollow polymer 12 having a relatively high polishing rate due to the large amount of particles of the polishing slurry 10 and the kind of the object to be polished. Depending on the amount of slurry collected, the polishing rate is not very high, but it has a high-precision polishing ability, and together with the microporous polymer bundle 13 having no scratches, the scratches do not occur and the precision polishing is performed at an excellent polishing rate. Would have made it possible.
특히 정밀연마의 효과는 아주 미세한 단일중공 폴리머(12)를 사용한 연마패드(1)보다 우수하다.In particular, the effect of precision polishing is superior to the polishing pad 1 using a very fine single hollow polymer 12.
그 이유는 코아의 크기와 분포에 관련된 것으로, 미세 코아는 집중적으로 뭉쳐져 있으며, 거대 코아는 미세코아에 비하여 분산된 형태로 존재하기 때문이다. 즉, 거대 코아에 의한 매크로 연마 운동과 미세 코아에 의한 마이크로 연마 운동이 작업표면(9)에서 일어나기 때문에 보다 높은 정밀도를 얻는다. 특히 보다 우수한 연마 정밀도는 연마시에 각각의 코아에 일정기간 체류되는 연마된 웨이퍼(4) 입자의 수가 감소되기 때문이다.The reason is related to the size and distribution of cores, because the fine cores are concentrated together and the giant cores are present in a dispersed form compared to the fine cores. That is, since the macropolishing movement by the giant core and the micropolishing movement by the fine core occur on the work surface 9, higher precision is obtained. In particular, better polishing accuracy is due to the reduced number of particles of the polished wafer 4 that stay in each core for a period of time during polishing.
이러한 정밀도는 웨이퍼(4)의 평탄성으로 나타내게 된다. 실제로 종래의 미세한 단일중공 폴리머(12)만을 포함하는 연마패드(1)와 비교하여 동일한 연마속도로 연마된 웨이퍼(4)의 표면 요철도를 평가한 결과 약 2 배 이상의 정밀도를 나타내게 된다.This precision is represented by the flatness of the wafer 4. In fact, the surface unevenness of the wafer 4 polished at the same polishing rate as compared to the conventional polishing pad 1 including only the fine single hollow polymer 12 is about two times more accurate.
또한 스크래치 발생에 있어서, 본 발명의 연마패드(1)가 종래의 단일중공 폴리머(12)를 포함하고 있지만 연마패드(1) 작업표면(9)에 공급되는 불균일한 연마슬러리(10)의 큰 입자를 미세중공 폴리머다발(13)이 포집하기 보다는 걸러 주어서 스크래치를 발생시키지 않게 된다. 즉, 미세중공 폴리머다발(13)이 웨이퍼(4)와 밀착되어 있고, 작업표면(9)에 열려있는 미세한 중공은 입도가 큰 연마슬러리(10)를포집하지 않고 회전에 의해 작업표면 밖의 홈으로 밀어내는 것이다. 또한 함께 포함되어 있는 단일중공 폴리머(12)도 주변의 미세중공 폴리머다발(13)의 지지력과 여과에 의해 1차로 걸러져서 그 숫자가 감소된 입도가 큰 연마슬러리(12)를 포집하기가 더욱 어렵게 되어 그 결과 종래의 단일중공 폴리머(12) 만을 미소요소로 사용하는 연마패드(1)보다 스크래치 발생이 거의 없게 된다.Also in scratch generation, although the polishing pad 1 of the present invention comprises a conventional single hollow polymer 12, the large particles of the non-uniform polishing slurry 10 supplied to the polishing pad 1 working surface 9 are provided. The micro hollow polymer bundle 13 is filtered rather than collected so as not to cause scratches. That is, the fine hollow polymer bundle 13 is in close contact with the wafer 4, and the fine hollows open on the work surface 9 are moved to the grooves outside the work surface by rotation without collecting the abrasive slurry 10 having a large particle size. It is pushing out. In addition, the single hollow polymer 12, which is included together, is also first filtered by the holding force and filtration of the surrounding microporous polymer bundles 13, making it more difficult to collect the abrasive grains 12 having a larger particle size. As a result, scratches are less likely to occur than the polishing pad 1 using only the conventional single hollow polymer 12 as a microelement.
이하에서는 본 발명의 구성 요소들을 설명한다.Hereinafter, the components of the present invention will be described.
본 발명의 연마패드(1)에 있어서, 우레탄 기재의 연마층(8)에 포함되는 미소요소인 단일중공 폴리머(12)는 분말상으로 제조된 것이며, 1차 입자로만 형성된 것을 사용한다.In the polishing pad 1 of the present invention, the single-porous polymer 12, which is a microelement included in the urethane-based polishing layer 8, is made of powder, and only one formed of primary particles is used.
바람직하게는 단일중공 폴리머(12)는 다음과 같다.Preferably, the single hollow polymer 12 is as follows.
a) 발포제를 함유한 고분자 물질을 중합시켜 플라스틱 비드로 제조한 다음 가열 발포시켜 중공입자로 제조한 것(미국특허 제3,615,972호);a) polymerizing a polymer material containing a blowing agent to produce plastic beads and then heating and foaming to prepare hollow particles (US Pat. No. 3,615,972);
b) 스티렌에 용해시킨 폴리에스테르 용액을 기계적으로 교반하여 물-기름- 물의 이중 유화 에멀젼을 제조한 다음 중합시킨 폴리에스테르 비드(미국특허 3,891577호);b) polyester beads dissolved in styrene by mechanical stirring to prepare a double emulsion emulsion of water-oil-water and then polymerized polyester beads (US Pat. No. 3,891577);
c) 중합체에 휘발성 물질을 넣고, 이 휘발성 물질을 가스화하여 팽차시켜서 중공 입자를 만드는 방법(일본특허 제252635호/1985); 및c) a method in which a volatile material is added to a polymer, and the volatile material is gasified to make hollow particles (Japanese Patent No. 252635/1985); And
d) 유리전이 온도가 -10℃ 이상인 중합체 입자를 스프레이 건조기에서 뜨거운 공기로 팽창시킨 후 즉시 상온으로 냉각시켜 중공입자를 제조하는 방법(일본공개 특허공보 평4-145131호).d) A method of preparing hollow particles by expanding the polymer particles having a glass transition temperature of -10 ° C or higher with hot air in a spray dryer and immediately cooling them to room temperature (Japanese Patent Laid-Open No. 4-145131).
이러한 단일중공 폴리머(12)들은 우레탄과 안정적으로 혼합되고 우레탄 경화시에도 다른 부반응 없이 우레탄 기재(11)내에 함침된다.These mono-hollow polymers 12 are stably mixed with the urethane and are impregnated into the urethane base 11 without any side reaction even upon urethane curing.
본 발명의 바람직한 단일중공 폴리머(12)의 크기는 5∼5000 ㎛ 이며, 중공의 크기는 3∼4800 ㎛ 이다.The preferred size of the single hollow polymer 12 of the present invention is 5 to 5000 mu m, and the hollow size is 3 to 4800 mu m.
이러한 단일 중공의 폴리머(12) 입자의 재질은 상기 제조방법에 근거하여, 아크릴계, 스티렌계, PVC계, 셀룰로오즈계, 폴리비닐피롤리딘, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌글리콜, 말레이산, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 에폭시 등으로부터 1 종 이상 선택되는 공중합체이며, 아크릴계 또는 아크릴과 상기 폴리머들의 중합체가 바람직하다.The material of such a single hollow polymer 12 particles is based on the above production method, acrylic, styrene, PVC, cellulose, polyvinylpyrrolidine, polyacrylamide, polyethylene glycol, maleic acid, polyethylene, polyester , At least one copolymer selected from epoxy and the like, and acrylic or acrylic and polymers of the above polymers are preferable.
본 발명의 연마패드(1)에 있어서, 연마층(8)에 하나의 미소요소로 포함되는 미세중공 폴리머다발(13)은 일반 페인트에서 백색안료 대용의 플라스틱 안료로 사용되는 중공구조를 갖는 유화중합체의 에멀젼을 스프레이 드라이어로 건조하여 중공의 1차 입자(14)들을 일정 크기의 2차 입자(13)로 응집하여 제조된 분말상의 것이다.In the polishing pad 1 of the present invention, the microporous polymer bundle 13 included as one microelement in the polishing layer 8 is an emulsion polymer having a hollow structure which is used as a plastic pigment for white pigment in general paint. The emulsion of was dried in a spray dryer to form agglomerates of hollow primary particles 14 into secondary particles 13 of a predetermined size.
상기 단일중공 폴리머(12)들의 에멀젼을 사용할 수 있으며, 또 하기의 방법으로 제조된 유화 중합 에멀젼도 바람직하다.Emulsions of the single hollow polymers 12 may be used, and emulsion polymerization emulsions prepared by the following method are also preferable.
a) 유화중합 1 단계에서 휘발성 염기 수용액에 의해 2 배 이상 부피가 팽창되는 카르복실산 함유 친수성 고분자를 중합시킨 다음, 유화중합 2 단계에서 열 또는 레독스 개시 유화중합 방법에 의하여 염기 수용액이 침투될 수 있는 고분자 물질을 코아의 표면에 외피층으로 형성시키는 방법(미국특허 제4,427836호);a) polymerizing the carboxylic acid-containing hydrophilic polymer which is expanded twice or more by volume of the aqueous solution of volatile base in the first stage of emulsion polymerization, and then the base aqueous solution is infiltrated by heat or redox initiated emulsion polymerization in the second stage of emulsion polymerization. A method of forming a polymer layer capable of forming an outer shell layer on the surface of the core (US Pat. No. 4,427836);
b) 카르복실산기를 단량체를 포함한 단량체 혼합물로 코아층을 형성한 다음 외피 형성 단계에서 이상 입자의 형성을 효과적으로 억제하기 위하여 공중합 계면활성제를 유화제로 사용하고 단량체 공급속도, 중합 개시제의 종류 및 반응온도를 선택적으로 이용하여 중공의 입자를 제조하는 방법(한국공고 특허공보 제87-1808호);b) forming a core layer with a monomer mixture containing a carboxylic acid group and then using a copolymerizing surfactant as an emulsifier to effectively suppress the formation of abnormal particles in the skin formation step, monomer feed rate, type of polymerization initiator and reaction temperature Optionally using a method for producing hollow particles (Korean Patent Publication No. 87-1808);
c) 산당량체와 2중 결합성 단량체로 형성한 시이드를 이용하여 친수성 코아를 형성하고, 코아 외측에 소수성 단량체로 단단한 외피층을 형성하는 유화 중합체의 제조방법에 있어서, 시이드와 코아 및 외피층을 수계내에서 유화중합법에 의하여 형성할 때 그룹 전이 중합 도는 유용성 개시제를 첨가하여 유화중합시키는 방법(한국공고 특허공보 제93-830호); 및c) A method of preparing an emulsion polymer in which a hydrophilic core is formed using a seed formed of an acid equivalent and a double bond monomer, and a rigid skin layer is formed of a hydrophobic monomer on the outside of the core. A method of emulsion polymerization by addition of a group transition polymerization degree or an oil-soluble initiator when formed by emulsion polymerization in an aqueous system (Korean Patent Publication No. 93-830); And
d) 카르복실기를 갖는 산당량체와 비이온성 친수성 단량체의 혼합 당량체를 중합 개시제의 존재하에 중합하는 시이드 형성 과정과 카르복실산기를 갖는 산 당향체와 비이온성 친수성 단량체, 가교성 단량체로된 단량체 혼합물을 시이드 형성 반응물에 첨가하여, 알칼리에 의해 팽윤될 수 있는 코아를 형성하는 과정과 코아 중합체에 외피를 형성하는 과정 및 알칼리로 팽윤시키는 과정으로 구성되는 방법(한국공개 특허공보 제95-11507호).d) Mixture of acid equivalents having a carboxyl group with a nonionic hydrophilic monomer, and a mixture of monomers comprising an acid sugar having a carboxylic acid group, a nonionic hydrophilic monomer and a crosslinkable monomer. Is added to the seed forming reactant to form a core which can be swollen by alkali, a process of forming a shell on the core polymer, and a process of swelling with alkali (Korean Patent Publication No. 95-11507) ).
상기 방법으로 제조되는 중공 폴리머 입자(12)도 동일하게 1차 입자로 포함되는 에멀젼이 될 수 있다.The hollow polymer particles 12 produced by the above method may also be an emulsion included as primary particles.
따라서 본 발명에서 사용되는 중공 폴리머다발(13)은 에멀젼 형태로 존재하는 1 차 입자(14)의 중공 폴리머를 스프레이 드라이어로 건조하여 수분을 제거하여1 차 입자(14)가 2 차 입자(13)로 응집되도록 한 것이다.Therefore, the hollow polymer bundle 13 used in the present invention is to remove the moisture by drying the hollow polymer of the primary particles 14 present in the form of an emulsion with a spray dryer to remove the primary particles (14) secondary particles (13) It is to be aggregated into.
이때의 스프레이 드라이어의 조건은 에멀젼 고형분을 30∼60 중량% 기준으로 유입온도 150∼250 ℃, 유출온도 70∼110 ℃의 조건으로 5∼50 ℓ/min의 분무속도로 건조하여 분말화하는 것이 바람직하다.The spray dryer is preferably powdered by drying at a spray rate of 5 to 50 l / min under the conditions of inlet temperature of 150 to 250 ° C and outlet temperature of 70 to 110 ° C based on 30 to 60% by weight. Do.
그러나 이러한 미세중공 폴리머다발은(13)은 전체 다발(2차 입자)의 크기는 10∼3000 ㎛이고, 1차 입자(14)의 크기는 0.1∼100 ㎛이면서, 코아크기는 0.04∼80 ㎛가 바람직하다.However, the microporous polymer bundle 13 has a total bundle size (secondary particle) of 10 to 3000 µm, a primary particle 14 of 0.1 to 100 µm, and a core size of 0.04 to 80 µm. desirable.
이러한 미세중공 폴리머다발(13)의 재질은 상기 제조방법에 근거하여, 아크릴계, 스티렌계, PVC계, 셀룰로오즈계, 폴리비닐피롤리딘, 폴리아크릴아마이드, 폴리에틸렌글리콜, 말레이산, 폴리에틸렌, 폴리에스테르, 에폭시 등으로부터 1 종 이상 선택되는 공중합체이며, 아크릴계 또는 아크릴과 상기 폴리머들의 중합체가 바람직하다.The material of the microporous polymer bundle 13 is based on the manufacturing method, acrylic, styrene, PVC, cellulose, polyvinylpyrrolidine, polyacrylamide, polyethylene glycol, maleic acid, polyethylene, polyester, It is a copolymer chosen from 1 or more types from an epoxy etc., and acrylic or acrylic and the polymer of the said polymers are preferable.
한편 본 발명의 연마패드(1)에 상기 단일중공 폴리머(12)와 중공 폴리머다발(13)이 함께 우레탄 기재(11)에 함침되는데 그 중량비는 2 : 8 내지 8 : 2 가 바람직하다. 이러한 중량비를 벗어날 경우에는 본 발명에서 목적하는 스크래치의 발생없이 우수한 연마속도와 우수한 연마 정밀도를 얻을 수 없다.Meanwhile, the single hollow polymer 12 and the hollow polymer bundle 13 are impregnated together with the urethane substrate 11 in the polishing pad 1 of the present invention, and the weight ratio thereof is preferably 2: 8 to 8: 2. When it is out of this weight ratio, it is impossible to obtain excellent polishing speed and excellent polishing precision without the occurrence of scratches desired in the present invention.
또한 단일중공 폴리머(12)와 중공 폴리머다발(13)의 사용량은 우레탄 100 중량부에 대하여 5 내지 50 중량부가 바람직하며, 이 범위 내에서 우레탄 기재(11)에 고르게 분산되는 것이 바람직하다.In addition, the amount of the single hollow polymer 12 and the hollow polymer bundle 13 is preferably 5 to 50 parts by weight based on 100 parts by weight of urethane, and is preferably evenly dispersed in the urethane base 11 within this range.
이러한 단일중공폴리머(12)와 중공 폴리머다발(13)은 도 6에 나타낸 바와같이 우레탄 기재(11)의 연마층(8)의 작업표면(9)으로 노출되어 상호간의 지지력을 가지며, 노출된 단일중공 폴리머(12)와 중공 폴리머다발(13)의 주변에 인접하는 우레탄 기재(11)는 단일중공 폴리머(12)와 중공 폴리머다발(13)에 의한 지지력의 영향을 받아서 연마작업에 참여하게 된다.The single hollow polymer 12 and the hollow polymer bundle 13 are exposed to the working surface 9 of the polishing layer 8 of the urethane base material 11, as shown in FIG. The urethane substrate 11 adjacent to the periphery of the hollow polymer 12 and the hollow polymer bundle 13 participates in the polishing operation under the influence of the bearing force by the single hollow polymer 12 and the hollow polymer bundle 13.
본 발명의 우레탄 기재(11)는 통상의 MOCA(4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린)와 같은 경화제를 포함하는 저점도 액상의 우레탄으로 성형되며, 금형 내에서 겔화 및 경화될 수 있는 소재의 것이면 모두 가능하다. 가능한 기재로는 우레탄 이외에 폴리에스테르, 폴리설폰, 폴리비닐아세테이트, 불소화 탄화수소 및 이들의 혼합물, 또는 이들의 공중합체 등이다.The urethane base material 11 of the present invention is molded into a low viscosity liquid urethane containing a curing agent such as conventional MOCA (4,4'-methylene-bis (2-chloroaniline), and can be gelled and cured in a mold. In addition to urethane, possible substrates include polyester, polysulfone, polyvinylacetate, fluorinated hydrocarbons and mixtures thereof, or copolymers thereof.
본 발명의 연마패드(1)는 상기 단일중공 폴리머(12)와 중공 폴리머다발(13)을 액상의 우레탄에 혼합하고 금형에서 겔화 및 경화 후에 탈형하여 소정의 두께와 모양 및 형상을 갖도록 절단하고, 가공한다.The polishing pad 1 of the present invention is mixed with the single hollow polymer 12 and the hollow polymer bundle 13 in a liquid urethane and then demolded after gelling and curing in a mold to cut to have a predetermined thickness, shape and shape, Processing.
더욱 상세하게는 소정량의 액상 우레탄에 균일하게 분포될 수 있을 정도의 중공 폴리머(12)(13)를 함침시킨다. 상술한 폴리머릭 베이스(11)인 우레탄 기재와 중공 폴리머(12)(13)를 충분히 전단력을 이용하여 교반시켜 최종 혼합물을 형성하고, 이것을 내부가 밀폐 구획된 소정 형상의 금형 내부에 주입기를 이용하여 주입한다.More specifically, the hollow polymer 12, 13 is impregnated to the extent that it can be uniformly distributed in a predetermined amount of liquid urethane. The urethane base, which is the above-described polymeric base 11, and the hollow polymer 12, 13 are sufficiently agitated to form a final mixture by using a shearing force, and this is formed using an injector inside a mold having a predetermined shape in which the inside is hermetically sealed. Inject.
이렇게 주입된 최종 혼합물은 금형 내부에서 겔화 과정과 경화과정 및 냉각과정을 거치게 되고, 이러한 과정을 통해 고체화된 최종 혼합물은 금형으로부터 빼내어 소정의 두께와 모양으로 절단 및 가공함으로써 요구되는 연마패드(1)로 형성되는 것이다.The injected final mixture is subjected to gelation, curing, and cooling in the mold, and the resulting solid mixture is removed from the mold and cut and processed to a predetermined thickness and shape. It is formed as.
상기 겔화 조건은 주형 몰드에 혼합물을 주입한 후 100∼110 ℃의 온도에서 5∼120분 정도 방치하여 겔화하는 것이 바람직하며, 경화 조건은 겔화 후 60∼120 ℃의 온도로 10∼24 시간 동안 가열하여 경화시키는 것이 바람직하다.The gelation conditions are preferably gelled by injecting the mixture into the mold mold for 5 to 120 minutes at a temperature of 100 ~ 110 ℃, curing conditions are heated for 10 to 24 hours at a temperature of 60 to 120 ℃ after gelling It is preferable to harden | cure it.
가공은 연마슬러리(10)가 전체 연마층(8)의 작업표면(9)에 고르게 공급되고, 배출되도록 홈 가공을 연마층(8)에 하는 것이 바람직하다. 홈 가공은 연마층(8)의 높이의 최대 80 % 의 깊이까지도 가공이 가능하다. 이와 같은 홈 가공은 연마층(8) 표면에 나선형, 동심원 등을 형성하며, V홈, 또는 X-Y 그루브 등도 가능하다.As for the process, it is preferable to grind to the polishing layer 8 so that the grinding slurry 10 may be uniformly supplied to the working surface 9 of the whole polishing layer 8, and discharged. Groove can be processed to a depth of up to 80% of the height of the polishing layer (8). Such groove processing forms spirals, concentric circles, and the like on the surface of the polishing layer 8, and V grooves, X-Y grooves, and the like are also possible.
또한 상기 연마패드(1)는 그대로 CMP에 부착되어 사용할 수도 있지만, 연마패드(1) 아래에 우레탄폼과 같은 지지층(7)을 접착제 또는 양면 테이프로 부착시켜 CMP 장치에 적용할 수도 있다. 이 지지층(7)은 연마부(5)의 패드척(2)에 위치하게 되며, 통상 1 내지 2 mm의 두께를 갖는다.In addition, although the polishing pad 1 may be attached to the CMP as it is, the support layer 7 such as urethane foam may be attached to the CMP apparatus under the polishing pad 1 by adhesive or double-sided tape. This support layer 7 is located on the pad chuck 2 of the polishing portion 5 and usually has a thickness of 1 to 2 mm.
상기와 같이, 제작된 연마패드(1)에 있어서, 단일중공 폴리머(12)와 중공 폴리머다발(13)은 연마패드(1) 표층(9)이 마모되거나 또는 연마에 의해 작업표면(9) 상(9)에 연속적으로 노출 개방되어 슬러리(10) 소정량을 수용할 수 있는 세공을 이루게 된다.As described above, in the manufactured polishing pad 1, the single hollow polymer 12 and the hollow polymer bundle 13 are worn on the surface 9 of the polishing pad 1 by the surface layer 9 or by polishing. It is continuously exposed to (9) and opened, and forms the pore which can accommodate the predetermined amount of the slurry 10.
한편, 연마패드(1)의 표층(9) 부위는, 중공 폴리머(12)(13)가 노출 개방됨에 의해 노출 개방되지 않은 표층(9) 하부 부위에 비교하여 보다 탄력적이고 유연한 특성을 갖게되며, 노출 개방되지 않은 표층(9) 하부 부위 또한 삽입된 중공폴리머(12)(13)에 분포 관계에 의해 소정의 탄성력과 유연성을 갖게 된다.On the other hand, the surface layer 9 portion of the polishing pad 1 has a more elastic and flexible characteristic compared to the lower portion of the surface layer 9 which is not exposed by the hollow polymer 12, 13 is exposed to open. The lower portion of the surface layer 9 that is not exposed to open also has a predetermined elastic force and flexibility due to the distribution relationship in the inserted hollow polymer 12 and 13.
이하의 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 단, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이지 이들만으로 한정하는 것이 아니다.The present invention will be described in detail through the following examples and comparative examples. However, an Example is for illustrating this invention and is not limited only to these.
[실시예]EXAMPLE
실시예 1Example 1
(중공 폴리머다발의 제조)(Production of hollow polymer bundles)
고형분 농도 45 중량%의 아크릴계 중공 폴리머 에멀젼(Rom & Hass 사 제조) 을 스프레이 드라이어를 이용하여 유입온도 180∼230 ℃, 유출온도 80∼110 ℃로 설정하고, 10 ℓ/min의 분무속도로 건조하여 분말화하였다.An acrylic hollow polymer emulsion (manufactured by Rom & Hass) having a solid content of 45% by weight was set at an inlet temperature of 180 to 230 캜 and an outlet temperature of 80 to 110 캜 using a spray dryer, and dried at a spray rate of 10 l / min. Powdered.
제조된 중공 폴리머다발(13)의 1차 입자(14)의 크기는 0.6∼1.2 ㎛이고, 1차 입자(14)의 코아 크기는 0.5∼1 ㎛이고, 2차 입자(13)의 크기는 30∼300 ㎛이었으며, 이를 도 7 및 도 8에 나타내었다.The size of the primary particles 14 of the manufactured hollow polymer bundle 13 is 0.6 to 1.2 μm, the core size of the primary particles 14 is 0.5 to 1 μm, and the size of the secondary particles 13 is 30 It was ˜300 μm, which is shown in FIGS. 7 and 8.
실시예 2Example 2
(연마패드의 제조)(Manufacture of polishing pad)
폴리에테르계 액체 우레탄(건설화학 제조 PT70-10) 1000 g, 폴리프로필렌글리콜 205 g 및 MOCA 228 g을 상온에서 혼합하였다.1000 g of polyether liquid urethane (PT70-10 manufactured by Construction Chemical), 205 g of polypropylene glycol, and 228 g of MOCA were mixed at room temperature.
즉시 저점도가 유지되는 동안에 상기 실시예 1에서 제조된 중공 폴리머다발(13) 80 g과 입자크기가 40∼150 ㎛이고, 도 9 및 도 10에 나타낸 중공크기가 30∼130 ㎛인 단일중공 폴리머(12) 분말인 익스판셀(expancel) 091 DE 9 g을 상기 혼합물에 투입하고 전단 혼합기(kneader)에서 1000 rpm의 속도로 2 분 동안 혼련하여 균일하게 분산시켰다.80 g of the hollow polymer bundle 13 prepared in Example 1 and a particle size of 40 to 150 μm and a hollow size of 30 to 130 μm shown in FIGS. 9 and 10 while maintaining low viscosity immediately. (12) 9 g of powder 091 DE, which was a powder, was added to the mixture and kneaded at a speed of 1000 rpm for 2 minutes in a shear kneader to be uniformly dispersed.
이를 통상적인 금형에 주입하고, 60 분 동안 겔화시킨 후 오븐에서 110 ℃에서 20 시간 동안 경화시켰다.It was injected into a conventional mold, gelled for 60 minutes and then cured at 110 ° C. for 20 hours in an oven.
제조된 경화물을 금형에서 탈형하고 재단 및 표면가공하여 직경 10 내지 34 inch 연마패드(1)의 연마층(8)을 제조하였다.The prepared cured product was demolded from a mold, and cut and surface processed to prepare an abrasive layer 8 of a 10 to 34 inch diameter polishing pad 1.
제조된 연마층(8)의 표면(9)을 도 13의 SEM 사진으로 나타내었다.The surface 9 of the prepared abrasive layer 8 is shown by the SEM photograph of FIG.
두께 2 mm의 같은 크기의 경질 우레탄폼을 지지층(7)으로 하여 그 위에 접착테이프를 부착한 후 상기에서 제조된 연마층(8)을 위로 위치하여 접착시켜 연마패드(1)를 제조하였다.A hardened urethane foam of the same size having a thickness of 2 mm was used as the support layer 7, and then an adhesive tape was attached thereon, and then the polishing layer 8 prepared above was bonded to the upper side to prepare a polishing pad 1.
(평가)(evaluation)
제조된 연마패드(1)를 일반적인 CMP 장치에 부착하고 6 inch 크기의 TEOS 블랑켓(blanket) 웨이퍼(4)를 장착한 다음, 연마슬러리(Rodel사 제조 ILD 1300)(10)를 100 ㎖/min으로 연마패드(1) 위로 공급하면서 테이블 30 rpm, 헤드 30 rpm, 가압압력 300 g/㎠ 으로 5 분 동안 연마하였다.The prepared polishing pad 1 was attached to a general CMP apparatus, a 6 inch TEOS blanket wafer 4 was mounted, and then 100 ml / min of the polishing slurry (ILD 1300 manufactured by Rodel) 10 was loaded. The polishing pad 1 was polished for 5 minutes at a table 30 rpm, a head 30 rpm, and a pressurized pressure 300 g / cm 2.
연마속도로 MRR(Mean removal rate)과 연마정밀도로 WIWNU(wafer in wafer non-uniformity)를 박막두께 측정기(elisometer)로 측정하여 평가하였다.Wiring in wafer non-uniformity (WIWNU) was measured by means of a thin film thickness gauge (elisometer) at the removal rate (MRR) and the polishing precision at the polishing rate.
그 결과를 표 1 에 나타내었다.The results are shown in Table 1.
실시예 3Example 3
중공 폴리머다발(13)의 투입량을 32 g, 익스판셀(12)의 투입량을 14.4 g으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 연마패드(1)를 제조하고 평가하였다.The polishing pad 1 was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the amount of the hollow polymer bundle 13 was changed to 32 g and the amount of the expander 12 to 14.4 g.
실시예 4Example 4
중공 폴리머다발(13)의 투입량을 128 g, 익스판셀(12)의 투입량을 3.6 g으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 연마패드(1)를 제조하고 평가하였다.The polishing pad 1 was prepared and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the amount of the hollow polymer bundle 13 was changed to 128 g and the amount of the expander 12 to 3.6 g.
비교예 1Comparative Example 1
중공 폴리머다발(13)의 투입량을 0 g, 익스판셀(12)의 투입량을 18 g으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 연마패드(1)를 제조하고 평가하였다.The polishing pad 1 was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the amount of the hollow polymer bundle 13 was changed to 0 g and the amount of the expander 12 to 18 g.
비교예 2Comparative Example 2
중공 폴리머다발(13)의 투입량을 160 g, 익스판셀(12)의 투입량을 0 g으로 변경한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 연마패드(1)를 제조하고 평가하였다.The polishing pad 1 was manufactured and evaluated in the same manner as in Example 2 except that the amount of the hollow polymer bundle 13 was changed to 160 g and the amount of the expander 12 was changed to 0 g.
[표 1]TABLE 1
상기한 바와 같이, 본 발명의 중공 폴리머다발 및 단일중공 폴리머를 포함하는 연마패드는 종래의 중공 폴리머다발 또는 단일중공 폴리머를 단독으로 포함하는 연마패드에 비하여 동일 연마속도에서 높은 정밀도로 평탄화된 웨이퍼를 가공할 수있으며, 입도가 큰 일부 입자를 포함하는 연마슬러리를 사용하여도 스크레치 없이 가공할 수 있다.As described above, the polishing pad including the hollow polymer bundle and the mono-hollow polymer of the present invention provides a planarized wafer with high precision at the same polishing rate as compared to the polishing pad including a single hollow polymer bundle or the single hollow polymer alone. It can be processed and can be processed without scratching by using abrasive slurries containing some large particles.
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