KR20220080238A - 연마패드용 시트, 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법 - Google Patents

연마패드용 시트, 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법 Download PDF

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KR20220080238A
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Abstract

적절한 탄성 및 높은 내구성을 바탕으로 연마패드의 적층 구조에 대하여 최적화된 계면 특성을 제공하고, 이를 적용한 연마패드가 연마율 등의 본연의 기능뿐만 아니라 장시간 습윤 환경에서의 연마 과정 중에도 손상 없이 기능 구현이 가능한 연마패드용 시트와 이를 적용한 연마패드를 제공하고자 한다. 상기 연마패드용 시트는 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고, 상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50인 것을 특징으로 한다.
[식 1]
Figure pat00019

상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.

Description

연마패드용 시트, 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법{SHEET FOR POLISHING PAD, POISHING PAD AND MANUFACTURING METHOD FOR SEMICONDUCTOR DEVICE}
연마 공정에 적용되는 패드의 일 구성인 연마패드용 시트에 관한 것이고, 이러한 연마패드용 시트를 이용한 연마패드에 관한 것이다. 또한, 이러한 연마패드를 적용한 반도체 소자의 제조방법에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정은 다양한 기술 분야에서 다양한 목적에 의해 수행될 수 있다. CMP 공정은 연마 대상의 소정의 연마면을 대상으로 수행되며, 연마면의 평탄화, 응집된 물질의 제거, 결정 격자 손상의 해소, 스크래치 및 오염원의 제거 등의 목적으로 수행될 수 있다.
반도체 공정의 CMP 공정 기술의 분류는 연마 대상 막질 또는 연마 후 표면 형상에 따라 구분할 수 있다. 예를 들어, 연마 대상 막질에 따라 단일 실리콘(single silicon) 또는 폴리 실리콘(poly silicon)으로 나눌 수 있고, 불순물의 종류에 의해 구분되는 다양한 산화막 또는 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta) 등의 금속막 CMP 공정으로 분류할 수 있다. 그리고, 연마 후 표면 형상에 따라, 기판 표면의 거칠기를 완화시키는 공정, 다층 회로 배선으로 인해 발생되는 단차를 평탄화하는 공정, 연마 후 회로 배선을 선택적으로 형성하기 위한 소자 분리 공정으로 분류할 수 있다.
CMP 공정은 반도체 소자의 제조 과정에서 복수로 적용될 수 있다. 반도체 소자의 경우 복수의 층을 포함하고, 각 층마다 복잡하고 미세한 회로 패턴을 포함한다. 또한, 최근 반도체 소자는 개별적인 칩 크기는 줄어들고, 각 층의 패턴은 보다 복잡하고 미세해지는 방향으로 진화되고 있다. 이에 따라, 반도체 소자를 제조하는 과정에서 회로 배선의 평탄화 목적뿐만 아니라 회로 배선의 분리 및 배선 표면 개선의 응용 등으로 CMP 공정의 목적이 확대되었고, 그 결과 보다 정교하고 신뢰성 있는 CMP 성능이 요구되고 있다.
이러한 CMP 공정에 사용되는 연마패드는 마찰을 통해 연마면을 요구되는 수준으로 가공하는 공정용 부품으로서, 연마 후 연마 대상의 두께 균일도, 연마면의 평탄도 및 연마 품질 등에 있어서 가장 중요한 요소들 중 하나로 볼 수 있다.
일 구현예에서, 연마패드에 적용되어 적절한 탄성 및 높은 내구성을 구현할 수 있고, 이를 통해 안정적인 연마 공정이 가능한 연마패드용 시트를 제공하고자 한다.
다른 구현예에서, 상기 연마패드용 시트를 적용한 연마패드로서 연마층과 쿠션층 사이의 계면 특성이 연마패드의 전체적인 연마 성능 구현에 있어서 최적화된 물성으로 발현되고, 장시간 습윤 환경에서의 연마 과정 중에도 손상 없이 기능 구현이 가능하며, 연마율 등의 본연의 기능 또한 우수하게 구현할 수 있는 연마패드를 제공하고자 한다.
또 다른 구현예에서, 상기 연마패드를 적용함으로써 반도체 기판의 연마에 있어서 높은 공정 효율을 나타내며, 최종 연마 결과에 있어서 상기 반도체 기판의 피연마면이 적정 연마율 및 최저 수준의 결함과 우수한 연마 평탄도를 나타내는 반도체 소자의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 구현예에서, 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고, 상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50인 연마패드용 시트를 제공한다.
[식 1]
Figure pat00001
상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
상기 제1면은 하기 식 2의 값이 0.10 내지 0.35인 조건을 더 만족할 수 있다.
[식 2]
Figure pat00002
상기 제1면은 하기 식 3의 값이 1.50 내지 2.50인 조건을 더 만족할 수 있다.
[식 3]
Figure pat00003
상기 식 3에서, 상기 Sa는 상기 제1면의 산술 평균 높이(Arithmetical mean height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
상기 제1면은 하기 식 4의 값이 0.10 내지 0.20인 조건을 더 만족할 수 있다.
[식 4]
Figure pat00004
다른 구현예에서, 연마층 및 쿠션층을 포함하고, 상기 쿠션층은 연마패드용 시트로부터 유래되며, 상기 연마패드용 시트는 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고, 상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50이고, 상기 연마층 부착면의 상기 연마층에 대한 접착력은 8.00 kgf/25mm 이상인 연마패드를 제공한다.
[식 1]
Figure pat00005
상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
또 다른 구현예에서, 연마층 및 쿠션층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및 상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함하고, 상기 쿠션층은 연마패드용 시트로부터 유래되며, 상기 연마패드용 시트는 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고, 상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50이고, 상기 연마층 부착면의 상기 연마층에 대한 접착력은 8.00 kgf/25mm 이상인, 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
Figure pat00006
상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
상기 연마패드용 시트는 연마패드에 적용되어 적절한 탄성 및 높은 내구성을 구현할 수 있고, 이를 통해 안정적인 연마 공정이 가능할 수 있다.
상기 연마패드는 상기 연마패드용 시트를 적용한 연마패드로서 연마층과 쿠션층 사이의 계면 특성이 연마패드의 전체적인 연마 성능 구현에 있어서 최적화된 물성으로 발현되고, 장시간 습윤 환경에서의 연마 과정 중에도 손상 없이 기능 구현이 가능하며, 연마율 등의 본연의 기능 또한 우수하게 구현할 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드를 적용함으로써 반도체 기판의 연마에 있어서 높은 공정 효율을 나타내며, 최종 연마 결과에 있어서 상기 반도체 기판의 피연마면이 적정 연마율 및 최저 수준의 결함과 우수한 연마 평탄도를 나타낼 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 연마패드용 시트의 일 단면에 있어서 제1면의 일 부분의 확대도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 일 구현예에 따른 연마패드용 시트의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 3은 일 구현예에 따른 연마패드의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 일 구현예에 따른 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 아울러, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
일 구현예에서, 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고, 상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50인 연마패드용 시트를 제공한다.
[식 1]
Figure pat00007
상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 Х 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
도 1은 상기 연마패드용 시트의 일 단면에 있어서 상기 제1면의 일 부분의 확대도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 1을 참조할 때, 상기 연마패드용 시트(10)는 제1면(11)을 포함하고, 상기 제1면의 표면은 불규칙적인 높낮이의 피크(Peak)와 밸리(Valley)가 연속된 표면 구조를 갖는다. 상기 피크(+)와 상기 밸리(-)의 합이 0(zero)이 되는 평면을 기준 평면(P)으로 할 때, 상기 기준 평면으로부터 최대 깊이를 갖는 밸리의 정점까지의 직선 거리 값(V)을 상기 Sv 값으로 한다. 또한, 최대 깊이를 갖는 밸리의 정점으로부터 최대 높이를 갖는 피크의 정점까지의 직선 거리 값(T)을 상기 Sz 값으로 한다. 상기 Sv 및 상기 Sz는 3차원 표면 조도 측정 값으로서, 도 1에 도시된 것은 설명의 편의를 위하여 2차원으로 표현한 것일 뿐이다.
상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다. 상기 연마패드용 시트는 탄성을 갖는 시트로서 소정의 가압 조건 하에서 압축하였을 때 최초 두께 대비 최종 두께가 작아진다.
일 구현예에서, 상기 연마패드용 시트는 반도체 제조 중의 연마 공정에 사용되는 연마패드의 하나의 층으로서 적용될 수 있다. 최근 반도체 구조가 미세하고 복잡해짐에 따라 반도체 제조 과정에서의 연마 공정은 정교한 컨트롤(control)이 요구된다. 따라서, 이에 적용되는 연마패드의 물리적 및/또는 기계적 물성의 미세한 변화에 의해서도 연마 결과가 판이하게 달라질 수 있다. 본 발명자는 상기 제1면의 3차원 표면 조도 중에서 Sz에 대한 Sv의 비율과 상기 연마패드용 시트의 압축률의 상관 관계가 상기 식 1을 만족하는 경우, 상기 연마패드용 시트가 적용된 연마패드를 반도체 공정의 연마 공정에 적용하는 경우, 우수한 연마 성능을 구현한다는 것을 밝혀내었다.
도 1을 참조할 때, 상기 기준 평면(P)으로부터 최대 높이를 갖는 피크의 정점까지 직선 거리 값(A)은 최대 피크 높이(Maximum peak height, Sp) 값으로 정의된다. 실질적으로 상기 Sz는 상기 Sv의 절대값과 상기 Sp의 절대값의 합이다. 이때, 상기 식 1에서 상기 Sz에 대한 상기 Sv의 절대값의 비율은 최대 저점으로부터 최대 고점까지의 직선 거리(T) 전체 중에서 상기 기준 평면(P)으로부터 상기 최대 저점까지의 직선 거리 값(V)의 비율이며, 이는 상기 Sz에 대한 상기 Sp의 비율에 비하여 상기 연마패드용 시트의 응용을 고려한 측면에서 더 큰 기술적 의미를 갖는다.
구체적으로, 상기 연마패드용 시트는 상기 제1면 측에 연마층이 적층된 구조의 연마패드로 응용될 수 있다. 즉, 상기 제1면은 연마층 부착면으로서 기능할 수 있다. 상기 제1면의 상기 Sz에 대한 상기 Sv의 절대값의 비율이 적정 비율을 만족하는 경우, 상기 연마패드용 시트가 상기 제1면을 계면으로 연마층에 부착되어 적용될 때, 우수한 계면 부착성을 확보할 수 있고, 반도체 연마 과정에서 상기 연마층을 통하여 가해지는 외압에 대한 적합한 완충 작용을 구현할 수 있다. 나아가, 상기 연마패드용 시트가 상기 Sz에 대한 상기 Sv의 절대값의 비율과 압축률과의 상관 관계에서 상기 식 1의 값이 전술한 범위를 만족하는 경우 이러한 기술적 이점이 극대화 될 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 연마패드용 시트는 상기 제1면의 상기 식 1의 값이 약 4.20 내지 약 5.50, 예를 들어, 약 4.20 내지 약 5.50, 예를 들어, 약 4.20 내지 4.60, 예를 들어, 약 4.20 내지 약 4.45일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드용 시트의 상기 제1면은 하기 식 2의 값이 0.10 내지 0.35인 조건을 더 만족할 수 있다.
[식 2]
Figure pat00008
전술한 바와 같이, 상기 Sz에 대한 상기 Sv의 절대값의 비율이 갖는 기술적 의의를 고려할 때, 구체적으로 이 값이 상기 범위를 만족하는 경우 보다 유리할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 연마패드용 시트의 상기 식 2의 값은 약 0.10 내지 약 0.35, 예를 들어, 약 0.15 내지 약 0.35, 예를 들어, 약 0.15 내지 약 0.30, 예를 들어, 약 0.20 내지 약 0.35일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드용 시트의 상기 제1면은 하기 식 3의 값이 1.50 내지 2.50인 조건을 더 만족할 수 있다.
[식 3]
Figure pat00009
상기 식 3에서, 상기 Sa는 상기 제1면의 산술 평균 높이(Arithmetical mean height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
도 1을 참조할 때, 상기 Sa는 상기 제1면 중의 복수의 피크에 대하여 상기 기준 평면(P)으로부터 각 피크의 정점까지의 직선 거리들의 산술 평균 값을 의미한다. 상기 Sz 대비 상기 Sa의 값의 비율과 상기 연마패드용 시트의 압축률 과의 상관 관계가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 연마패드용 시트는 목적하는 기술적 성능을 전면적에 걸쳐 확보할 수 있는 이점을 갖는다. 상기 연마패드용 시트의 상기 제1면이 국소적으로 지나치게 상이한 구조를 가짐으로써 이에 상응하는 물리적/기계적 물성을 나타낸다면, 상기 연마패드용 시트가 적용된 연마패드를 이용한 연마 공정 중에 반도체 기판 상에 스크래치(Scratch) 등의 결함(Defect)을 발생시키는 원인이 될 수 있다. 일 구현예에 따른 상기 연마패드용 시트가 상기 식 1의 조건에 더하여 상기 식 3의 조건을 더 만족함으로써 상기 식 1에 의해 달성되는 기술적 효과를 전면적에 걸쳐 균등하게 구현하는 이점을 갖는다.
보다 구체적으로, 상기 연마패드용 시트는 상기 식 3의 값이 약 1.50 내지 약 2.50, 예를 들어, 약 1.50 내지 약 2.45, 예를 들어, 약 1.60 내지 약 2.45, 예를 들어, 약 1.80 내지 약 2.45, 예를 들어, 약 1.85 내지 약 2.45일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드용 시트는 하기 식 4 값이 0.10 내지 0.20인 조건을 더 만족할 수 있다.
[식 4]
Figure pat00010
전술한 바와 같이, 상기 Sz에 대한 상기 Sa의 비율이 갖는 기술적 의의를 고려할 때, 구체적으로 이 값이 상기 범위를 만족하는 경우 보다 유리할 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 연마패드용 시트는 상기 식 4의 값이 약 0.10 내지 약 0.20, 예를 들어, 약 0.11 내지 약 0.18일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드용 시트는 섬유 부직물 및 상기 섬유 부직물에 함친된 수지를 포함하는 제1층; 및 상기 제1층의 적어도 일면 상의 코팅층인 제2층을 포함할 수 있다.
도 2는 일 구현예에 따른 상기 연마패드용 시트(10)의 단면을 개략적으로 도시한 것이다. 도 2를 참조할 대, 상기 연마패드용 시트는 상기 제1층(101) 및 상기 제2층(102)을 포함하고, 상기 제2층(102)의 상기 제1층(101) 측과 반대측 표면이 상기 제1면(11)일 수 있다. 또한, 상기 제1층(101)의 상기 제2층(102) 측과 반대측 표면이 상기 제2면(12)일 수 있다.
상기 섬유 부직물은 예를 들어, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 수지는 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 코팅층은 예를 들어, 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지는, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 메틸렌디페닐디이소시아네이트(Methylenediphenyldiisocyanate, MDI) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 디이소시아네이트 성분; 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG), 폴리프로필렌에테르글리콜(PEG), 에틸렌글리콜(EG), 부탄디올(BG) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 디올 성분의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1층 대비 상기 제2층의 두께비는 약 1 : 0.08 내지 약 1 : 0.25일 수 있고, 예를 들어, 약 1 : 0.08 내지 약 1 : 0.20일 수 있다. 상기 두께비는 상기 제1층 및 상기 제2층의 각각의 평균 두께의 비율로 나타내며, 상기 두께비가 이와 같은 범위를 만족하는 경우 상기 제1면이 연마층 부착면으로서 기능할 때 우수한 부착성을 구현할 수 있고, 상기 연마패드용 시트가 적용된 연마패드의 수명이 길어지는 이점을 확보할 수 있다. 또한, 상기 연마패드용 시트가 상기 식 1의 값을 전술한 범위 내로 만족하도록 조절하기에 유리할 수 있고, 이를 통해 상기 식 1의 값에 상응하는 우수한 기계적 물성을 확보할 수 있다.
상기 연마패드용 시트는 상기 제1면을 대상으로 측정한 표면 경도가 아스커 C(Asker C) 경도 기준으로 약 60 내지 약 90일 수 있고, 예를 들어, 약 60 내지 약 80일 수 있고, 예를 들어, 약 60 내지 약 75일 수 있다. 상기 연마패드용 시트가 상기 식 1의 값을 소정의 범위로 만족하면서 동시에 이와 같은 범위의 표면 경도를 갖는 경우, 상기 연마패드용 시트를 적용한 연마패드의 결과적 연마 성능 중에서 특히 결함 방지 효과의 구현에 유리할 수 있다.
상기 연마패드용 시트는 밀도가 약 0.300 g/㎤ 내지 약 0.800 g/㎤일 수 있고, 예를 들어, 약 0.400 g/㎤ 내지 약 0.700 g/㎤일 수 있고, 예를 들어, 약 0.400 g/㎤ 내지 약 0.650 g/㎤일 수 있다. 상기 연마패드용 시트가 상기 식 1의 값을 소정의 범위로 만족하면서 동시에 이와 같은 범위의 밀도를 갖는 경우, 상기 연마패드용 시트를 적용한 연마패드가 연마 공정 중에 반도체 기판에 대하여 적절한 탄성력을 제공할 수 있고, 이러한 탄성력 기반의 완충 작용에 의하여 상기 반도체 기판의 전체적인 연마 평탄도가 향상되고, 결함 방지 성능이 극대화될 수 있다.
이하, 상기 연마패드용 시트의 제조방법에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
상기 연마패드용 시트는, 섬유 부직물을 제조하는 단계; 상기 섬유 부직물에 수지를 함침한 후 건조 또는 경화하여 시트를 제조하는 단계; 및 상기 시트가 상기 식 1의 값을 4.20 내지 5.50의 범위로 만족하도록 가공 처리하는 단계를 포함한 제조방법을 통하여 제조될 수 있다.
상기 섬유 부직물 직조되지 않은 섬유 구조체를 의미한다. 상기 섬유 부직물을 제조하는 단계는, 습식 제조 공정 또는 건식 제조 공정을 적용할 수 있다. 예를 들어, 상기 섬유 부직물을 제조하는 단계는, 스펀본드(spun-bonded) 공법, 스펀레이스(spunlace) 공법, 멜트블로운(melt-blown) 공법, 열융착(thermally-bonded) 공법, 소면기법(carding), 에어레이법(air-lay), 니들펀칭(needle punching) 공법, 스티치본드(stitch bonded) 공법 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 공법을 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 섬유 부직물은 예를 들어, 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 섬유 부직물에 수지를 함침하는 방법에는, 예를 들어, 함침법, 스프레이(spray)법, 거품법, 프린트(print)법 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 공법을 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 섬유 부직물의 함침을 위한 수지는 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 시트가 상기 식 1의 값을 소정의 범위로 만족하도록 가공 처리하는 단계는 상기 시트의 적어도 일면 상에 수지를 코팅하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 코팅 방법은 건식법 또는 습식법이 적용될 수 있으며, 예를 들어, 블레이드(blade) 코팅법, 나이프(knife) 코팅법, 에어닥터(air doctor) 코팅법, 롤(roll) 코팅법, 그라비어(gravure) 코팅법 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나의 공법을 적용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 코팅을 위한 수지는 예를 들어, 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 코팅을 위한 수지는, 예를 들어, 폴리우레탄 수지를 포함할 수 있다. 상기 폴리우레탄 수지는, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 메틸렌디페닐디이소시아네이트(Methylenediphenyldiisocyanate, MDI) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 디이소시아네이트 성분; 및 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG), 폴리프로필렌에테르글리콜(PEG), 에틸렌글리콜(EG), 부탄디올(BG) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 디올 성분의 반응 생성물을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 연마층 및 쿠션층을 포함하고, 상기 쿠션층은 연마패드용 시트로부터 유래되며, 상기 연마패드용 시트는 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고, 상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50이고, 상기 제1면의 상기 연마층에 대한 접착력이 8.00 kgf/25mm 이상인 연마패드를 제공한다.
[식 1]
Figure pat00011
상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
상기 연마패드용 시트에 관한 모든 사항은 전술한 바와 같다. 즉, 상기 연마패드용 시트에 관하여 전술된 구체 사항 및 이의 기술적 이점은 상기 연마패드에 관해서 모두 통합 적용된다. 상기 제1면의 상기 식 1의 값이 전술한 범위를 만족하는 연마패드용 시트를 상기 쿠션층으로 적용함으로써 상기 연마층과 상기 쿠션층 사이의 계면 부착성이 크게 향상될 수 있고, 상기 연마층을 통해 전달되는 외압에 대한 상기 쿠션층의 완충 작용과 지지 작용이 동시에 우수하게 구현될 수 있다.
상기 제1면의 상기 연마층에 대한 접착력이 약 8.00 kgf/25mm 이상일 수 있고, 예를 들어, 약 8.00 kgf/25mm 내지 약 20.00 kgf/25mm 일 수 있고, 예를 들어, 약 9.00 kgf/25mm 내지 약 15.00 kgf/25mm 일 수 있고, 예를 들어, 약 10.00 kgf/25mm 내지 약 15.00 kgf/25mm 일 수 있고, 예를 들어, 약 11.00 kgf/25mm 내지 약 15.00 kgf/25mm 일 수 있다. 상기 쿠션층과 상기 연마층의 계면 접착력이 이와 같은 범위를 만족함으로써 상기 연마패드의 장기 내구성이 향상되고, 수십 시간 동안 지속되는 습윤 환경에서의 연마 공정 중에 버블(bubble)의 발생이나 찢어짐 없이 우수한 기계적 강성을 구현할 수 있다.
도 3은 일 구현예에 따른 상기 연마패드(100)의 단면도를 개략적으로 도시한 것이다. 도 3을 참조할 때, 상기 연마패드(100)는 연마층(20) 및 쿠션층을 포함하고, 상기 쿠션층은 상기 연마패드용 시트(10)로부터 유래된 것을 특징으로 한다. 상기 쿠션층이 상기 연마패드용 시트(10)로부터 유래됨에 따라 상기 제1층(101) 및 상기 제2층(102)을 포함할 수 있다. 상기 제1층(101) 및 상기 제2층(102)에 관한 사항은 상기 연마패드용 시트와 관련하여 전술한 바와 같다.
일 구현예에서, 상기 연마패드(100)는 상기 연마층(20)과 상기 쿠션층 부착의 매개가 되는 제1 접착층(30)을 더 포함할 수 있다.
상기 제1 접착층(30)은 예를 들어, 열융착(heat sealing) 접착제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 접착층(30)은 우레탄계 접착제, 실리콘계 접착제, 고무계 접착제, 아크릴계 접착제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 접착층(30)은 우레탄계 접착제를 포함할 수 있고, 상기 코팅층(102)은 폴리우레탄계 수지를 포함할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 접착층을 매개로 상기 연마층과 상기 쿠션층의 부착력이 크게 향상될 수 있고, 수십 시간 동안 지속되는 습윤 환경에서의 연마 공정 중에 버블(bubble)의 발생이나 찢어짐 없이 우수한 기계적 강성을 구현하는 장기 내구성이 극대화될 수 있다.
도 1을 참조할 때, 상기 연마층(20)은 소정의 두께를 갖는 시트 형태로서, 연마 대상의 피연마면에 직접 또는 간접적으로 접촉되는 연마면(13)을 갖는다. 상기 연마면(13)은 상기 연마 대상의 피연마면과 물리적으로 접촉하여 실질적인 기계적 연마 기능을 수행하는 역할을 한다.
일 구현예에서, 상기 연마층의 두께는 약 0.8mm 내지 약 5.0mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 4.0mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 3.0mm, 예를 들어, 약 1.5mm 내지 약 3.0mm, 예를 들어, 약 1.7mm 내지 약 2.7mm, 예를 들어, 약 2.0mm 내지 약 3.5mm일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마면(13)에는 상기 연마층(20)의 두께보다 적은 깊이로 가공된 홈(201)을 포함할 수 있다. 상기 연마면(13)은 복수의 홈(201)을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 연마패드(100)는 평면은 실질적으로 원형 구조일 수 있고, 상기 복수의 홈(201)은 예를 들어, 상기 연마층(20)의 평면상의 중심으로부터 말단을 향해 소정의 간격으로 이격 배치된 동심원형 구조를 가질 수 있다. 다른 구현예에서, 상기 복수의 홈(201)은 상기 연마층(20)의 평면상의 중심으로부터 말단을 향해 연속 형성된 방사형 구조를 가질 수 있다. 또 다른 구현예에서, 상기 복수의 홈(201)은 상기 동심원형 구조와 상기 방사형 구조를 동시에 가질 수도 있다. 상기 홈(201)은 상기 연마패드(100)를 이용한 연마 공정 중에 상기 연마면(13) 상에 공급되는 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성을 조절하거나, 상기 연마면(13)과 연마 대상의 피연마면의 접촉 면적의 크기를 조절하여 물리적 연마 특성을 조절하는 역할을 수행할 수 있다.
상기 연마층은 복수의 기공을 포함할 수 있다. 상기 복수의 기공의 평균 크기는 약 5㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 5㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 40㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 35㎛일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 복수의 기공은 그 일부가 상기 연마층의 연마면에서 외부로 드러나 상기 홈(201)과는 구별되는 미세 오목부로 나타날 수 있고, 이는 상기 연마패드의 사용 중에 상기 홈(201)과 함께 연마액 또는 연마 슬러리의 유동성 및 계류 공간을 결정하여 연마 특성의 조절 요소로 기능할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드(100)는 상기 쿠션층의 상기 제1면(11)의 이면인 상기 제2면(12)을 포함하고, 상기 제2면 상에 배치된 제2 접착층(40)을 더 포함할 수 있다. 상기 제2 접착층(40)은 상기 연마패드(100)를 연마 장치의 정반 상에 부착하기 위한 구성으로서, 예를 들어, 감압 접착제(Pressure sensitive adhesive, PSA)로부터 유래될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 연마패드(100)는 이의 최상위 표면과 최하위 표면을 관통하는 관통 영역(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 관통 영역은 상기 연마패드의 사용 중에 연마 종점 검출을 위한 구성으로서, 소정의 파장 조건의 광에 대하여 일정 수준 이상의 투과도를 나타낼 수 있다. 일 구현예에서, 상기 관통 영역에는 전체 두께의 적어도 일부를 거쳐 광투과 윈도우가 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 광투과 윈도우는 약 500nm 내지 약 700nm 파장 중 어느 하나의 파장의 광에 대한 투과율이 약 30% 초과, 예를 들어, 약 40% 내지 약 80%일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층(20)은 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물의 경화물을 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 예비 조성물은 경화제 및 발포제를 더 포함할 수 있다. 본 명세서에서 '프리폴리머(prepolymer)'란 경화물 제조에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 추가적인 경화 공정을 거치거나, 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올 화합물을 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 상기 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트를 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 및 지환족 디이소시아네이트를 포함할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌디이소시아네이트(p-phenylenediisocyanate), 토리딘디이소시아네이트(tolidinediisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethanediisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(dicyclohexylmethanediisocyanate), 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(4,4'-dicyclohexylmethanediisocyanate, H12MDI), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 '폴리올(polyol)'이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 일 구현예에서, 상기 폴리올 화합물은 히드록시기가 2개인 2가 알코올 화합물 즉, 디올(diol) 또는 글리콜(glycol); 또는 히드록시기가 3개인 3가 알코올 화합물, 즉, 트리올(triol) 화합물을 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG), 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3- 프로필렌글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌글리콜(DEG), 디프로필렌글리콜(DPG), 트리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리프로필렌트리올 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올 화합물은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리올 화합물은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다. 상기 고분자량 폴리올의 중량평균분자량(Mw)은 예를 들어, 약 500g/mol 이상, 약 1,800g/mol 이하일 수 있고, 예를 들어, 약 700g/mol 이상, 약 1,800g/mol 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 폴리올 화합물은 상기 우레탄계 프리폴리머 내에서 적절한 가교 구조를 형성할 수 있고, 상기 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물이 소정의 공정 조건 하에 경화되어 형성된 연마층이 전술한 효과를 구현하기에 보다 유리할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머는 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머가 전술한 중량평균분자량(Mw)에 상응하는 중합도를 가지는 경우, 상기 예비 조성물이 소정의 공정 조건 하에서 경화되어 형성된 연마층이 전술한 우수한 연마 특성을 구현하기 위한 화학적 결합 구조를 갖기에 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함하고, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물은 4,4'-디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 또한, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
상기 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMG)의 함량은 상기 이소시아네이트 화합물 전체 중량 100 중량부 대비, 약 100 중량부 내지 약 150 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 105 중량부 내지 약 140 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 110 중량부 내지 약 140 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 120 중량부 내지 약 140 중량부일 수 있다.
상기 디에틸렌글리콜(DEG)의 함량은 상기 이소시아네이트 화합물 전체 중량 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 20 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 15 중량부일 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물이 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함하고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물이 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 포함하는 경우, 상기 2,6-TDI의 함량은 상기 2,4-TDI 100 중량부 대비 약 1 중량부 내지 약 40 중량부 일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 30 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 3 중량부 내지 약 28 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부 일 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물이 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함하는 경우, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물의 함량은 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물 전체 100 중량부 대비 약 5 중량부 내지 약 20 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 5 중량부 내지 약 15 중량부일 수 있고, 예를 들어, 약 8 중량부 내지 약 13 중량부일 수 있다.
상기 예비 조성물은 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 8.5중량% 내지 약 10중량%일 수 있다. 상기 '이소시아네이트기 함량'은 상기 예비 조성물 전체 중량 중에서 우레탄 반응되지 않고 자유 반응기로 존재하는 이소시아네이트기 중량의 백분율을 의미한다. 상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정의 온도, 압력, 시간 등의 공정 조건 및 상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 이용되는 첨가제의 종류 및 함량 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 예비 조성물은 경화제 및 발포제를 더 포함할 수 있다. 상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 상기 연마층 내의 최종 경화 구조체를 형성하기 위한 화합물로서, 예를 들어, 아민 화합물 또는 알콜 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 지방족 알코올 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline);　MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디메틸티오톨루엔디아민(dimethyl thio-toluene diamine; DMTDA), 프로판디올 비스 p-아미노벤조에이트(propanediol bis p-aminobenzoate), Methylene bis-methylanthranilate, 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 예비 조성물 100 중량부를 기준으로 약 18 중량부 내지 약 27 중량부, 예를 들어, 약 19 중량부 내지 약 26 중량부, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 26 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 목적하는 연마패드의 성능을 구현하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 발포제는 상기 연마층 내의 기공 구조를 형성하기 위한 성분으로서 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 40㎛일 수 있다. 상기 고상 발포제의 평균 입경은 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마층을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 연마층 내에서의 크기가 결정될 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열팽창된(expanded) 입자, 미팽창된(unexpanded) 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 열팽창된 입자는 열에 의해 사전 팽창된 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의한 크기 변화가 작거나 거의 없는 입자를 의미한다. 상기 미팽창된 입자는 사전 팽창되지 않은 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의하여 팽창되어 최종 크기가 결정되는 입자를 의미한다.
상기 팽창성 입자는 수지 재질의 외피; 및 상기 외피로 봉입된 내부에 존재하는 팽창 유발 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외피는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 팽창 유발 성분은 탄화수소 화합물, 클로로플루오로 화합물, 테트라알킬실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄화수소 화합물은 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(n-butane), 이소부탄(isobutene), n-부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 클로로플루오로 화합물은 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 테트라알킬실란 화합물은 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 선택적으로 무기 성분 처리 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 무기 성분 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 실리카(SiO2) 입자 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제의 무기 성분 처리는 복수의 입자 간 응집을 방지할 수 있다. 상기 무기 성분 처리된 고상 발포제는 무기 성분 처리되지 않은 고상 발포제와 발포제 표면의 화학적, 전기적 및/또는 물리적 특성이 상이할 수 있다.
상기 고상 발포제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.7 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.6 중량부일 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 고상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제가 반응하는 과정에서 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 기상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다
일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성은 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마층의 전 영역에 걸쳐 균질한 기공 특성을 구현하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자는 약 5㎛ 내지 약 200㎛의 평균 입경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 열팽창된 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 80㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 45㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 상기 열팽창된 입자의 D50으로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자의 밀도는 약 30kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 38kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발포제는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 고상발포제 및 상기 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인을 통하여 주입될 수 있다. 상기 기상 발포제의 주입 속도는 약 0.8L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.7L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.7L/min일 수 있다.
상기 연마층을 제조하기 위한 조성물은 계면활성제, 반응속도조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 '계면활성제', '반응속도조절제' 등의 명칭은 해당 물질의 주된 역할을 기준으로 임의 지칭하는 명칭이며, 각각의 해당 물질이 반드시 해당 명칭으로 역할에 국한된 기능만을 수행하는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 기공들의 응집 또는 중첩 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 1.9 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도조절제는 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 2-메틸-트리에틸렌디아민, 디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민, 트리이소프로판올아민, 1,4-디아자바이사이클로(2,2,2)옥탄, 비스(2-메틸아미노에틸) 에테르, 트리메틸아미노에틸에탄올아민, N,N,N,N,N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸아미노에틸아민, 디메틸아미노프로필아민, 벤질디메틸아민, N-에틸모르폴린, N,N-디메틸아미노에틸모르폴린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자노보네인, 디부틸틴 디라우레이트, 스태너스 옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디옥틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 말리에이트, 디부틸틴 디-2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디머캅타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민 및 트리에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 0.3 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 약 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 전술한 함량 범위로 사용될 경우, 예비 조성물의 경화 반응속도를 적절하게 조절하여 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖는 연마층을 형성할 수 있다.
상기 연마패드용 시트로부터 유래된 상기 쿠션층은 그 두께가 약 0.5mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 0.8mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.5mm, 예를 들어, 약 1.0mm 내지 약 2.0mm, 예를 들어, 약 1.2mm 내지 약 1.8mm일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층의 밀도와 상기 쿠션층의 밀도 차이가 약 0.30g/㎤ 내지 약 0.50g/㎤일 수 있고, 예를 들어, 약 0.30g/㎤ 내지 약 0.45g/㎤ 일 수 있고, 예를 들어, 약 0.30g/㎤ 내지 약 0.40g/㎤일 수 있다. 상기 식 1의 값을 전술한 범위로 만족하는 상기 연마패드용 시트를 상기 쿠션층으로 적용하면서, 이와 동시에 상기 연마층과 상기 쿠션층의 밀도 차이가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 연마층의 연마면을 통하여 가압 조건 하에서 연마 가공되는 연마 대상에 대하여 적절한 연마 강성 및 탄성을 제공할 수 있고, 그 결과 연마율 향상 및 결함(Defect) 방지 측면에서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층의 표면 경도는 쇼어 D(Shore D) 경도를 기준으로 약 40 내지 약 70일 수 있고, 예를 들어, 약 40 내지 약 65일 수 있다. 상기 식 1의 조건을 만족하는 상기 연마패드용 시트(10)를 상기 쿠션층으로 적용하면서, 상기 연마층(20)의 연마면(13)의 표면 경도가 쇼어 D 경도를 기준으로 상기 범위를 만족함에 따라, 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중에 연마율이 최적의 범위로 달성될 수 있으며, 스크래치(Scratch) 저감 효과가 우수하고, 장시간 동등 수준의 연마 성능을 구현하는 것이 보다 유리할 수 있다.
한편, 상기 제1면(11)을 대상으로 측정한 표면 경도가 아스커 C 경도 기준으로 약 60 내지 약 90인 상기 연마패드용 시트(10)를 상기 쿠션층으로 적용하면서, 상기 연마층(20)의 연마면(13)의 표면 경도가 쇼어 D 경도를 기준으로 상기 범위를 만족하는 경우 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중에 상기 연마 대상의 피연마면에 대하여 적합한 표면 마찰력을 제공할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층(20)의 인장 강도는 약 10 N/㎟ 내지 약 30 N/㎟일 수 있고, 예를 들어, 약 10 N/㎟ 내지 약 25 N/㎟일 수 있다. 상기 식 1의 값이 전술한 범위를 만족하는 상기 연마패드용 시트(10)를 상기 쿠션층으로 적용하면서, 상기 연마층(20)의 인장 강도가 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 쿠션층이 상기 연마층을 통하여 상기 연마 대상의 피연마면에 적절한 탄성 및 강성 제공할 수 있고, 그 결과, 연마율 향상 및 결함 저감 측면에서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층(20)의 신율이 약 90% 내지 약 250%일 수 있고, 예를 들어, 약 100% 내지 약 250%일 수 있고, 예를 들어, 약 100% 초과, 약 250% 이하일 수 있다. 상기 식 1의 값이 전술한 범위를 만족하는 상기 연마패드용 시트(10)를 상기 쿠션층으로 적용하면서, 상기 연마층(20)의 신율이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 쿠션층이 상기 연마층을 통하여 상기 연마 대상의 피연마면에 적절한 탄성 및 강성을 제공할 수 있고, 그 결과, 연마율의 최적 범위 달성 및 결함 방지 측면에서 보다 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마패드 전체 적층 구조에 대하여 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이 약 1.0% 내지 약 1.5%일 수 있고, 예를 들어, 약 1.0% 내지 약 1.2%일 수 있다. 상기 식 1의 값이 전술한 범위를 만족하는 상기 연마패드용 시트(10)를 상기 쿠션층으로 적용함과 동시에, 상기 연마층(20) 및 상기 쿠션층을 포함하는 상기 연마패드의 전체 압축률(%)이 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 연마패드를 적용하 연마 공정 중에 상기 연마 대상, 예를 들어, 반도체 기판을 소정의 가압 조건 하에서 가압 연마할 때, 상기 연마 대상의 피연마면에 적절한 물리적/기계적 자극을 줄 수 있다. 이에 따라, 연마가 완료된 상기 피연마면의 표면 물성이 최적화되고, 상기 연마 공정의 불량률을 현저히 감소시키기에 유리할 수 있다.
이하, 상기 연마패드의 제조방법을 상세히 설명하기로 한다.
상기 연마패드는, 연마면 및 그 이면을 포함하는 연마층을 제조하는 단계; 연마층 부착면인 제1면 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하는 연마패드용 시트를 제조하는 단계; 및 상기 연마패드용 시트의 상기 제1면을 상기 연마층의 이면과 부착하는 단계;를 포함하는 제조방법을 통하여 제조될 수 있다.
상기 연마층을 제조하는 단계는, 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하는 단계; 상기 예비 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 예비 조성물을 제조하는 단계는 디이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물을 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정일 수 있다. 상기 디이소시아네이트 화합물 및 상기 폴리올 화합물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다. 상기 예비 조성물의 이소시아네이트기 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머의 말단 이소시아네이트기, 상기 디이소시아네이트 화합물 중 반응하지 않은 미반응 이소시아네이트기 등으로부터 유래될 수 있다. 상기 이소시아네이트기 함량(NCO%)은 상기 예비 조성물 전체 100중량% 중 이소시아네이트기(-NCO)의 중량%를 의미한다.
상기 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 100cps 내지 약 1,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 550cps일 수 있고, 예를 들어, 약 300cps 내지 약 500cps일 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제 또는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제 및 상기 기상 발포제 등에 관련한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 예비 조성물 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 예비 조성물과 상기 경화제를 혼합하여 제2 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 1,000cps 내지 약 2,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,500cps일 수 있다.
상기 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 예비 조성물 및 상기 경화제를 포함하는 제3 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 예비 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하여 제4 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 예비 조성물은 상기 고상 발포제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층을 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 연마층 제조용 조성물을 주입하여 경화체를 제조하는 단계; 및 상기 경화제를 상기 예열 온도보다 높은 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도와 상기 제2 온도의 온도차는 약 10℃ 내지 약 40℃일 수 있고, 예를 들어, 약 10℃ 내지 약 35℃일 수 있고, 예를 들어, 약 15℃ 내지 약 35℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도는 약 60℃ 내지 약 100℃, 예를 들어, 약 65℃ 내지 약 95℃, 예를 들어, 약 70℃ 내지 약 90℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 온도는 약 100℃ 내지 약 130℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 125℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
상기 연마층 제조용 조성물을 상기 제1 온도 하에서 경화시키는 단계는 약 5분 내지 약 60분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 40분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 30분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 25분동안 수행될 수 있다.
상기 제1 온도 하에서 경화된 연마층 제조용 조성물을 상기 제2 온도 하에서 후경화하는 단계는 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 12시간 내지 약 24시간, 예를 들어, 약 15시간 내지 약 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 연마층을 제조하는 단계는 상기 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연마면을 가공하는 단계는 상기 연마면 상에 그루브(Groove) 또는 홈을 형성하는 단계; 및 상기 연마면을 선삭(line turning)하는 단계; 및 상기 연마면을 조면화하는 단계 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 그루브(groove) 또는 홈은 상기 연마면의 중심으로부터 소정의 간격으로 이격 형성되는 동심원형; 및 상기 연마면의 중심으로부터 상기 연마면의 엣지(edge)까지 연속 연결된 방사형 중 적어도 하나의 형태로 형성될 수 있다.
상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 연마면을 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 조면화는 상기 연마면을 샌딩 롤러(sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하는 연마패드용 시트를 제조하는 단계는 전술한 상기 연마패드 시트의 제조방법과 동일한 방법으로 수행될 수 있다.
상기 연마패드용 시트의 상기 제1면을 상기 연마층의 이면과 부착하는 단계는 열융착 접착제를 매개로 부착하는 단계일 수 있다. 상기 열융착 접착제에 관한 사항은 전출한 바와 같다. 일 구현예에서, 상기 연마패드용 시트의 상기 제1면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하고, 상기 연마층의 상기 연마면의 이면 상에 상기 열융착 접착제를 도포한 후, 상기 연마층과 상기 연마패드용 시트를 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 서로 맞닿도록 적층한 후 가압 롤러를 이용하여 융착시키는 방법으로 수행될 수 있다. 상기 연마패드용 시트의 제1면과 상기 연마층의 이면 상에 각각 열융착 접착제를 도포한 후 상호 부착함으로써 목적 수준의 계면 부착력을 확보하기에 유리할 수 있다. 또한, 상기 연마패드가 수십 시간 동안 지속되는 습윤 환경에서의 연마 공정 중에 버블(bubble)의 발생이나 찢어짐 없이 우수한 기계적 강성을 구현하는 장기 내구성을 확보하기에 유리할 수 있다.
또 다른 구현예에서, 연마층 및 쿠션층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및 상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고, 상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함하고, 상기 쿠션층은 연마패드용 시트로부터 유래되며, 상기 연마패드용 시트는 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고, 상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50이고, 상기 제1면의 상기 연마층에 대한 접착력은 8.00 kgf/25mm 이상인 반도체 소자의 제조방법을 제공한다.
[식 1]
Figure pat00012
상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
상기 연마층 및 상기 연마패드용 시트에 관한 사항은 상기 연마패드와 관련하여 전술한 구체 사항 및 이의 기술적 이점이 상기 반도체 소자의 제조방법에 대하여 모두 동일하게 통합 적용될 수 있다. 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마층과 상기 연마패드용 시트로부터 유래된 쿠션층을 포함하는 연마패드를 적용함으로써 장시간 동안 상기 연마패드의 교체 없이도 우수한 연마 성능을 유지하는 효과를 얻을 수 있으며, 이를 통해 제조된 상기 반도체 기판이 최종적인 반도체 소자에 우수한 기능을 제공할 수 있다.
도 4는 일 구현예에 따른 상기 반도체 소자의 제조방법을 개략적으로 도시한 모식도이다. 도 4를 참조할 때, 상기 연마패드를 제공하는 단계에서, 상기 연마패드(110)는 정반(120) 상에 배치되어 제공될 수 있다.
상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함한다. 상기 반도체 기판(130)은 이의 피연마면이 상기 연마패드(110)의 연마층의 연마면에 맞닿도록 배치될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 피연마면과 상기 연마층의 연마면은 직접 맞닿을 수도 있고, 유동성 있는 슬러리 등을 매개로 간접적으로 맞닿을 수도 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 연마층의 연마면 상에 연마 슬러리(150)를 공급하는 단계를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 슬러리(150)는 공급 노즐(140)을 통하여 상기 연마면 상에 공급될 수 있다.
상기 공급 노즐(140)을 통하여 분사되는 연마 슬러리(150)의 유량은 약 10ml/분 내지 약 1,000ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 10ml/분 내지 약 800ml/분 일 수 있고, 예를 들어, 약 50ml/분 내지 약 500ml/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 연마 슬러리(150)는 실리카 슬러리 또는 세리아 슬러리를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 기판(130)은 연마헤드(Polishing Head, 160)에 장착된 상태로 상기 연마면(11)에 소정의 하중으로 가압되면서 연마될 수 있다. 상기 연마 헤드(160)에 의하여 상기 반도체 기판(130)의 피연마면이 상기 연마면 상에 가압되는 하중은 예를 들어, 약 0.01psi 내지 약 20psi 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 0.1psi 내지 약 15psi일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 연마층의 연마면과 상기 반도체 기판의 피연마면이 전술한 하중으로 서로 맞닿는 경우, 상기 연마층과 상기 연마패드용 시트로부터 유래된 쿠션층의 적층체가 전체적으로 상기 반도체 기판에 대하여 적정 압축 특성 및 탄성을 나타낼 수 있고, 이에 따라 상기 반도체 기판의 연마율 및 결함 방지 효과가 목적 수준으로 구현되기에 유리할 수 있다.
상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)는 각각의 피연마면과 연마면이 서로 맞닿은 채로 상대 회전할 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(130)의 회전 방향과 상기 연마 패드(110)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 반도체 기판(130)과 상기 연마패드(110)의 회전 속도는 각각 약 10rpm 내지 약 500rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30rpm 내지 약 200rpm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 반도체 기판과 상기 연마패드의 회전 속도가 각각 상기 범위를 만족하는 경우, 상기 연마층과 상기 연마패드용 시트로부터 유래된 쿠션층의 적층체가 적정 압축 특성 및 탄성을 나타내며, 이에 상응하는 시간당 접촉 면적이 상기 반도체 기판의 피연마면에 제공될 수 있고, 이에 따라, 상기 반도체 기판의 연마율 및 결함 방지 효과가 목적 공정 시간 동안 동등 수준으로 구현되기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 연마패드(110)의 연마면을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 반도체 기판(130)의 연마와 동시에 컨디셔너(170)를 통해 상기 연마패드(110)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 반도체 기판이 산화규소(SiO2) 막을 포함하고, 상기 피연마면이 상기 산화규소(SiO2) 막의 표면이며, 상기 산화규소(SiO2) 막의 평균연마율이 약 1,500 Å/min 내지 약 3,000 Å/min일 수 있다. 예를 들어, 상기 산화규소(SiO2) 막의 평균 연마율이 약 1,500 Å/min 내지 약 3,000 Å/min일 수 있고, 예를 들어, 약 2,500 Å/min 내지 약 3,000 Å/min일 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 반도체 기판이 산화규소(SiO2) 막을 포함하고, 상기 피연마면이 상기 산화규소(SiO2) 막의 표면이며, 상기 피연마면 상의 연마 완료 후 연마평탄도가 약 5% 미만, 예를 들어, 약 4.8% 미만, 예를 들어, 약 0% 이상, 약 4.8% 미만일 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법은 상기 반도체 기판이 산화규소(SiO2) 막을 포함하고, 상기 피연마면이 상기 산화규소(SiO2) 막의 표면이며, 상기 피연마면 상의 표면 결함(Defect)이 약 5개 미만, 예를 들어, 약 4개 미만, 예를 들어, 약 3개 미만일 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조방법은 전술한 특징을 갖는 연마층이 구비된 연마패드를 적용함으로써 산화규소(SiO2) 막을 갖는 반도체 기판을 연마대상으로 하여, 수십시간 연마 중에도 연마패드의 교체가 필요없는 공정 효율을 달성할 수 있다. 예를 들어, 상기 반도체 소자의 제조방법은 소정의 연마 조건 하에서 50시간 연마 진행 후 상기 연마패드에 있어서, 상기 연마층과 상기 쿠션층 사이의 계면 탈착; 연마면 버블(bubble) 발생; 또는 찢어짐이 없는 것을 특징으로 할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로 인해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.
<제조예>
제조예 1-1: 연마층(1)의 제조
디이소시아네이트 성분과 폴리올 성분을 하기 표 1의 조성비로 혼합하여 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 9중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.96이 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였고, 동시에 기상 발포제로서 질소(N2) 기체를 1.0L/min의 주입 속도로 캐스팅 시간과 동일한 시간동안 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
제조예 1-2: 연마층(2)의 제조
디이소시아네이트 성분과 폴리올 성분을 하기 표 1의 조성비로 혼합하여 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 6중량%로 조절되었다. 상기 예비 조성물에 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 혼합하되, 상기 예비 조성물 중의 NCO기 대비 상기 MOCA의 NH2기의 몰비가 0.75가 되도록 혼합하였다. 또한, 상기 예비 조성물에 팽창성 입자인 고상 발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응하여 연마층을 제조하였다.
항목 제조예 1-1 제조예 1-2　
예비조성물
조성		 디이소시아네이트 2,4-TDI 73 96
2,6-TDI 17 4
H12MDI 10 -
Total 100 100
폴리올 PTMG(Mw 1000) 90.8 90.0
DEG(Mw 106) 9.2 10.0
Total 100 100
예비 조성물 NCO기 함량(중량%) 9 6
아민경화제 예비조성물 中 NCO 대비 경화제의NH2몰비 0.96 0.75
공정조건 프리폴리머 제조 반응 온도(℃) 80 80
경화 몰드 예열 온도(℃) 90 90
후경화 온도(℃) 110 110
물성 경도(Shore D) 58.4 43
인장강도(N/㎟) 21.4 14.5
신율(%) 94.4 230.8
밀도(g/㎤) 0.80 0.80
제조예 2-1: 연마패드용 시트(1)의 제조
폴리에스테르 섬유 부직물에 폴리우레탄 수지를 함침한 후 건조시켜 전체 두께가 1.6mm인 시트를 제조하였다. 이어서, 하기 표 2에 기재된 바와 같이 물성을 만족하는 연마패드용 시트를 제조하였다.
제조예 2-2: 연마패드용 시트(2)의 제조
폴리에스테르 섬유 부직물에 폴리우레탄 수지를 함침한 후 건조시켜 전체 두께가 1.4mm인 시트를 제조하였다. 이어서, 하기 표 2에 기재된 바와 같이 물성을 만족하는 연마패드용 시트를 제조하였다.
제조예 2-3: 연마패드용 시트(3)의 제조
폴리에스테르 섬유 부직물에 폴리우레탄 수지를 함침한 후 건조시켜 전체 두께가 1.0mm인 시트를 제조하였다. 이어서, 하기 표 2에 기재된 바와 같은 물성을 만족하는 연마패드용 시트를 제조하였다.
제조예 2-4: 연마패드용 시트(4)의 제조
폴리에스테르 섬유 부직물에 폴리우레탄 수지를 함침한 후 건조시켜 전체 두께가 1.6mm인 시트를 제조하였다. 이어서, 상기 시트의 일면 상에 동일한 폴리우레탄 수지를 포함하는 코팅 조성물을 침지(Dipping) 방법으로 도포하여 150㎛ 두께의 코팅층을 형성함으로써 하기 표 2에 기재된 바와 같은 물성을 만족하는 연마패드용 시트를 제조하였다.
제조예 2-5: 연마패드용 시트(5)의 제조
폴리에스테르 섬유 부직물에 폴리우레탄 수지를 함침한 후 건조시켜 전체 두께가 1.4mm인 시트를 제조하였다. 이어서, 상기 시트의 일면 상에 동일한 폴리우레탄 수지를 포함하는 코팅 조성물을 침지(Dipping) 방법으로 도포하여 150㎛ 두께의 코팅층을 형성함으로써 하기 표 2에 기재된 바와 같은 물성을 만족하는 연마패드용 시트를 제조하였다.
제조예 2-6: 연마패드용 시트(6)의 제조
폴리에스테르 섬유 부직물에 폴리우레탄 수지를 함침한 후 건조시켜 전체 두께가 1.0mm인 시트를 제조하였다. 이어서, 상기 시트의 일면 상에 동일한 폴리우레탄 수지를 포함하는 코팅 조성물을 침지(Dipping) 방법으로 도포하여 150㎛ 두께의 코팅층을 형성함으로써 하기 표 2에 기재된 바와 같은 물성을 만족하는 연마패드용 시트를 제조하였다.
항목 제조예 2-1 제조예 2-2 제조예 2-3 제조예 2-4 제조예 2-5 제조예 2-6
구조 부직포 전체 두께 1.6 mm 1.4 mm 1.0 mm 1.6 mm 1.4 mm 1.0 mm
코팅층 두께 - - - 150 ㎛ 150 ㎛ 150 ㎛
물성 밀도[g/㎤] 0.361 0.370 0.375 0.435 0.470 0.400
경도(Asker C) 69 73 74 68 70 73
Sa 29.021 34.304 34.674 35.095 37.518 30.185
Sv -154.89 -153.6 -269.6 -99.53 -111.43 -92.99
Sz 293.77 390.18 409.33 206.88 299.6 245.46
압축률(%) 10.87 10.61 10.55 12.48 15.14 19.18
|Sv|/Sz * 압축률(%) 5.73 4.18 6.95 4.23 4.32 4.36
|Sv|/Sz 0.53 0.39 0.66 0.34 0.29 0.23
Sa/Sz * 압축률(%) 1.07 0.93 0.89 2.12 1.90 2.36
Sa/Sz 0.10 0.09 0.08 0.17 0.13 0.12
<실시예 및 비교예>
실시예 1 내지 6 및 비교예 1 내지 6의 연마패드 제조를 위하여 하기 표 4와 같이 상기 제조예의 연마층 및 연마패드용 시트의 조합을 선택하였다.
각각의 연마층의 연마면의 이면에 열융착 접착제로서 폴리우레탄계 접착제(영창 케미칼, HMF 27)를 27㎛ 두께로 도포하고, 각각의 연마패드용 시트의 제1면 상에 동일한 열융착 접착제를 27㎛ 두께로 도포하였다. 이어서, 각각의 연마층의 연마면의 이면이 각각의 연마패드용 시트의 제1면과 맞닿도록 배치한 후 120℃의 조건 하에서 가압 롤러를 이용하여 산술 두께의 50% 갭(Gap)을 기준으로 가압하여 두 층을 부착하였다. 이어서, 25℃의 조건 하에서 24시간 동안 배치하여 후처리함으로써 연마패드를 제조하였다.
<평가>
상기 제조예 1-1 내지 1-2의 연마층과 상기 제조예 2-1 내지 2-6의 연마패드용 시트와 상기 실시예 1 내지 6 및 상기 비교예 1 내지 6의 각각의 연마패드에 대하여, 하기 방법으로 물성 및 성능을 평가하였고, 그 결과는 상기 표 1, 표 2 및 하기 표 4에 기재하였다.
실험예 1: 연마층의 물성 평가
(1) 경도(Shore D)
각각의 연마층에 대하여 가로Х세로가 5cmХ5cm(두께: 2mm) 크기인 샘플을 재단하고, 온도 25℃에서 12시간 보관 후 경도계를 이용하여 쇼어 D(Shore D) 경도를 측정하였다.
(2) 인장강도
각각의 연마층에 대하여 가로Х세로가 4cmХ1cm(두께: 2mm) 크기인 샘플을 재단하고, 만능시험계(UTM)를 사용하여 50mm/분의 속도에서 연마패드의 파단 직전의 최고 강도 값을 측정하였다.
(3) 신율
각각의 연마층에 대하여 가로Х세로가 4cmХ1cm(두께: 2mm) 크기인 샘플을 재단하고, 만능시험계(UTM)를 사용하여 50mm/분의 속도에서 연마패드의 파단 직전의 최대 변형량을 측정한 뒤, 최초 길이 대비 최대 변형량의 비율을 백분율(%)로 나타내었다.
(4) 밀도
각각의 연마층에 대하여 가로Х세로가 2cmХ5cm(두께: 2mm) 크기인 샘플을 재단하고, 온도 25℃에서 12시간 보관 후 비중계를 사용하여 밀도를 측정하였다.
실험예 2: 연마패드용 시트의 물성 평가
(1) 경도(Asker C)
각각의 연마패드용 시트에 대하여 가로Х세로가 5cmХ5cm(두께: 2mm) 크기인 샘플을 재단하고, 온도 25℃에서 12시간 보관 후 경도계를 이용하여 아스커 C(Asker C) 경도를 측정하였다.
(2) 밀도
각각의 연마패드용 시트에 대하여 가로Х세로가 2cmХ5cm(두께: 2mm) 크기인 샘플을 재단하고, 온도 25℃에서 12시간 보관 후 비중계를 사용하여 밀도를 측정하였다.
(3) 압축률
각각의 연마패드용 시트에 대하여 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여, (D1-D2)/D1 Х 100 의 식을 이용하여 압축률(%)을 도출하였다.
(4) 3차원 표면조도
각각의 연마패드용 시트에 대하여, 3D 조도 측정 방법으로 Contour GT (브루커社)를 이용하여 제1면의 3차원 표면 조도 값으로서 최대 피트 높이(Maximum pit height, Sv) 조도, 최대 높이(Maximum height, Sz) 조도 및 산술 평균 높이(Arithmetical mean height, Sa)를 도출하였다.
실험예 3: 연마패드의 물성 및 성능 평가
(1) 압축률
각각의 연마패드에 대하여, 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여, (D1-D2)/D1 Х 100 의 식을 이용하여 압축률(%)을 도출하였다.
(2) 계면 부착력
각각의 연마패드에 대하여 각 연마층과 각 연마패드용 시트로부터 유래된 쿠션층 사이의 계면 부착력을 180도 peel strength 방법으로 만능시험기(UTM) 장치를 이용하여 측정하였다. 이때, 시편은 가로Х세로가 25mmХ300mm인 크기로 절단하고 그립(grip) 잡는 위치는 각 시편의 50mm 정도 여유를 두어 측정하며, 시험 속도는 300mm/min 하에서 측정하였다.
(3) 연마율
각각의 연마패드에 대하여 하기 표 3과 같은 연마 조건 하에서 연마를 진행하였다. 하기 더미(dummy) 웨이퍼는 시간에 따라 지속적으로 연마를 진행하면서 시간 당 모니터링(monitoring) 웨이퍼를 2장 투입하여 연마 성능을 평가하였다.
구분 항목 상세
웨이퍼 웨이퍼 유형 PETEOS
더미(Dummy) [시간/횟수] 300s/∞
브레이크 인
(break in) 		시간 [분] 15
연마 헤드
및
정반 		연마 헤드 회전 속도 [rpm] 87
연마 헤드 압력 [psi] 3.5
리테이너 링 압력 [psi] 9.0
정반 회전 속도 [rpm] 93.0
스핀들 스윕 속도 [sw/분] 19.0
컨디셔너 컨디셔너 유형 CI-45
(새솔다이아몬드社)
컨디셔닝 유형 In situ(300s)
Ex situ(15s)
컨디셔너 무게 [lb] 6
컨디셔너 회전 속도 [rpm] 101.0
컨디셔너 스윕 속도 [sw/분] 19.0
슬러리 유형 TSO-12
(어드밴택 코리아社)
보다 구체적으로, 정반 상에 연마패드를 부착하고, 산화규소막을 갖는 직경 300mm의 웨이퍼를 연마패드의 연마면을 향하도록 연마 헤드에 연결된 캐리어에 수용시켰다. 연마패드 상에 슬러리를 250 mL/분의 속도로 공급하면서 60초간 산화규소막을 연마하였다. 연마 후 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 증류수로 세정한 후 질소로 15초 동안 건조하였다. 건조된 웨이퍼에 대해 광간섭식 두께 측정 장치(SI-F80R, Kyence社)를 사용하여 연마 전후의 막 두께 변화를 측정하였다. 이후 하기 식을 사용하여 연마율을 계산하였다.
연마율(Å/min) = 실리콘 웨이퍼의 연마 두께(Å) / 연마 시간(min)
(4) 연마 평탄도
각각의 연마패드에 대하여 상기 연마율의 측정 방법과 동일한 조건으로 연마 공정을 수행한 뒤, 98곳의 웨이퍼의 면내 막 두께를 측정하여 (연마된 두께의 표준 편차(Å) / 평균 연마 두께(Å)) X 100의 식을 이용하여 연마 평탄도(WIWNU: Within Wafer Non Uniformity, %)를 도출하였다.
(5) 장기 내구성
각각의 연마패드에 대하여 상기 연마율의 측정 방법과 동일한 조건으로 연마 공정을 수행하되, 연마 시간을 50시간으로 한 뒤, 연마 완료 후의 연마패드에 대하여 연마면 상의 버블(bubble) 발생 여부, 연마패드의 찢어짐 현상 등이 있는지 육안으로 관찰하였다.
구분 구조 적층체
압축률
(%) 		계면
부착력
[kgf/25mm] 		산화규소막
연마율
[Å/min] 		연마
평탄도
[%] 		장기
내구성
연마층 쿠션층
실시예 1 제조예 1-1 제조예 2-4 1.1 11.439 2775 3.4 이상 無
실시예 2 제조예 1-1 제조예 2-5 1.0 12.281 2665 4.0 이상 無
실시예 3 제조예 1-1 제조예 2-6 0.9 14.097 2954 4.7 이상 無
실시예 4 제조예 1-2 제조예 2-4 1.1 11.355 1830 2.3 이상 無
실시예 5 제조예 1-2 제조예 2-5 1.0 12.191 1753 3.3 이상 無
실시예 6 제조예 1-2 제조예 2-6 0.9 14.002 1765 4.1 이상 無
비교예 1 제조예 1-1 제조예 2-1 1.2 7.854 2742 3.8 버블
비교예 2 제조예 1-1 제조예 2-2 1.1 11.542 2911 5.1 버블
비교예 3 제조예 1-1 제조예 2-3 1.0 9.544 2654 4.8 찢어짐
비교예 4 제조예 1-2 제조예 2-1 1.2 7.453 1674 2.2 버블
비교예 5 제조예 1-2 제조예 2-2 1.1 10.123 1756 2.1 버블
비교예 6 제조예 1-2 제조예 2-3 1.0 8.921 1375 3,4 버블
상기 표 1 내지 4를 참조할 때, 상기 실시예 1 내지 6의 연마패드는 상기 쿠션층으로서 상기 식 1의 값이 약 4.20 내지 약 5.50, 보다 구체적으로, 약 의 범위를 만족하는 상기 제조예 2-4 내지 2-6의 연마패드용 시트를 적용함으로써 상기 연마층과 상기 쿠션층 사이의 계면 부착성 및 상기 연마층의 장기 내구성 측면에서 동시에 우수한 물성을 확보하면서, 최종적인 연마 성능, 즉, 연마율 및 연마 평탄도 측면에서 목적 수준을 달성하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 상기 비교예 1 내지 6의 연마패드는 상기 쿠션층으로서 상기 식 1의 값이 4.20 미만이거나, 5.50을 초과하는 상기 제조예 2-1 내지 2-3의 연마패드용 시트를 적용함으로써 상기 연마층과 상기 쿠션층 사이의 계면 부착성이 저하되거나, 산화규소막에 대한 평균 연마율이 목적 수준이 미치지 못하거나, 연마 평탄도 측면에서 불리하거나, 상기 연마층의 장기 내구성 측면에서 버블 발생, 찢어짐 등의 공정상 장애 요소가 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
보다 구체적으로, 상기 비교예 1 및 상기 비교예 4의 연마패드는 상기 식 1의 값이 약 5.50을 초과하는 연마패드용 시트를 상기 쿠션층으로 적용함으로써 상기 연마층과 상기 쿠션층 사이의 계면 부착력이 8.00 kgf/25mm 미만으로 나타나며 상기 연마층의 장기 내구성 측면에서 버블 발생의 장애 요인이 발생하는 것을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 2 및 상기 비교예 5의 연마패드는 상기 식 1의 값이 약 4.20에 미치지 못하는 연마패드용 시트를 상기 쿠션층으로 적용함으로써 연마 평탄도가 5%를 초과하거나, 상기 연마층의 장기 내구성 측면에서 버블이 발생하는 등의 연마 성능이 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 3 및 상기 비교예 5의 연마패드는 상기 식 1의 값이 약 5.50을 초과하면서 상기 식 3의 값이 현저히 낮은 연마패드용 시트를 상기 쿠션층으로 적용함에 따라 상기 연마층과 상기 쿠션층 사이의 계면 부착성이 약 10 kgf/25mm 미치지 못하고, 상기 연마층의 장기 내구성 측면에서 버블 발생과 함께 찢어지는 등의 가장 저하된 내구성을 나타내었으며, 상기 평균 연마율 측면에서 다소 낮은 연마율을 나타내거나 상기 연마 평탄도가 약 4.8% 미만의 조건을 만족하지 못하는 등의 연마 성능이 저하됨을 확인할 수 있었다.
이상, 전술한 바와 같이, 일 구현예에 따른 상기 연마패드용 시트는 연마패드에 적용되어 적절한 탄성 및 높은 내구성을 구현할 수 있고, 이를 통해 안정적인 연마 공정이 가능할 수 있다. 또한, 일 구현예에 따른 상기 연마패드는 최적의 연마패드용 시트를 쿠션층으로 적용한 연마패드로서 연마층과 쿠션층 사이의 계면 특성이 연마패드의 전체적인 연마 성능 구현에 있어서 최적화된 물성으로 발현되고, 장시간 습윤 환경에서의 연마 과정 중에도 손상 없이 기능 구현이 가능하며, 연마율 등의 본연의 기능 또한 우수하게 구현할 수 있다.
나아가, 상기 연마패드를 적용한 상기 반도체 소자의 제조방법은 반도체 기판의 연마에 있어서 높은 공정 효율을 나타내며, 최종 연마 결과에 있어서 상기 반도체 기판의 피연마면이 적정 연마율 및 우수한 연마 평탄도를 나타낼 수 있다.
10: 연마패드용 시트
11: 제1면
12: 제2면
P: 기준 평면
101: 제1층
102: 제2층
100: 연마패드
20: 연마층
30: 제1 접착층
40: 제2 접착층
13: 연마면
201: 홈
110: 연마패드
120: 정반
130: 반도체 기판
140: 노즐
150: 연마 슬러리
160: 연마 헤드
170: 컨디셔너
A: 기준 평면에서 최대 높이를 갖는 피크의 정점까지 직선 거리 값
V: 기준 평면에서 최대 깊이를 갖는 밸리의 정점까지 직선 거리 값
T: 최대 깊이의 밸리의 정점에서 최대 높이의 피크의 정점까지 직선 거리 값

Claims (10)

  1. 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고,
    상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50인,
    연마패드용 시트:
    [식 1]
    Figure pat00013

    상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1면은 하기 식 2의 값이 0.10 내지 0.35인,
    연마패드용 시트:
    [식 2]
    Figure pat00014

    상기 식 2에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이다.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1면은 하기 식 3의 값이 1.50 내지 2.50인,
    연마패드용 시트:
    [식 3]
    Figure pat00015

    상기 식 3에서, 상기 Sa는 상기 제1면의 산술 평균 높이(Arithmetical mean height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1면은 하기 식 4의 값이 0.10 내지 0.20인,
    연마패드용 시트:
    [식 4]
    Figure pat00016

    상기 식 4에서, 상기 Sa는 상기 제1면의 산술 평균 높이(Arithmetical mean height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이다.
  5. 제1항에 있어서,
    섬유 부직물 및 상기 섬유 부직물에 함침된 수지를 포함하는 제1층; 및
    상기 제1층의 적어도 일면 상의 코팅층인 제2층을 포함하고,
    상기 제2층의 상기 제1층 측과 반대측 면이 상기 제1면인,
    연마패드용 시트.
  6. 연마층 및 쿠션층을 포함하고,
    상기 쿠션층은 연마패드용 시트로부터 유래되며,
    상기 연마패드용 시트는 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고,
    상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50이고,
    상기 연마층 부착면의 상기 연마층에 대한 접착력은 8.00 kgf/25mm 이상인,
    연마패드:
    [식 1]
    Figure pat00017

    상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 연마층의 밀도와 상기 쿠션층의 밀도 차이가 0.30g/㎤ 내지 0.50g/㎤인,
    연마패드.
  8. 제6항에 있어서,
    전체 적층 구조에 대하여, 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이 1.0% 내지 1.5%인,
    연마패드.
  9. 연마층 및 쿠션층을 포함하는 연마패드를 제공하는 단계; 및
    상기 연마층의 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계;를 포함하고,
    상기 연마 대상은 반도체 기판을 포함하고,
    상기 쿠션층은 연마패드용 시트로부터 유래되며,
    상기 연마패드용 시트는 연마층 부착면인 제1면; 및 상기 제1면의 이면인 제2면을 포함하고,
    상기 제1면은 하기 식 1의 값이 4.20 내지 5.50이고,
    상기 연마층 부착면의 상기 연마층에 대한 접착력은 8.00 kgf/25mm 이상인,
    반도체 소자의 제조방법:
    [식 1]
    Figure pat00018

    상기 식 1에서, 상기 Sv는 상기 제1면의 최대 피트 높이(Maximum pit height) 조도 값이고, 상기 Sz는 상기 제1면의 최대 높이(Maximum height) 조도 값이며, 상기 P는 상기 연마패드용 시트로부터 가로 및 세로 각각 25mm 크기의 시편을 채취한 후 무부하 상태에서 다이얼 게이지(Dial Gauge)를 측정한 후 85g의 표준 추에 의한 가압 후 30초 경과 시 제1 두께(D1)를 측정하고, 상기 표준 추에 800g의 추를 추가한 가압 조건 설정 후 3분 경과 시 제2 두께(D2)를 측정하여 (D1-D2)/D1 * 100의 식으로부터 계산된 압축률(%) 값이다.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연마 대상의 피연마면이 상기 연마층의 연마면에 가압되는 하중이 0.01psi 내지 20psi인,
    반도체 소자의 제조방법.
KR1020200169130A 2020-12-07 2020-12-07 연마패드용 시트, 연마패드 및 반도체 소자의 제조방법 KR102489678B1 (ko)

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