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KR101690996B1 - 다공성 연마 패드 및 이의 제조 방법 - Google Patents

다공성 연마 패드 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR101690996B1
KR101690996B1 KR1020150155076A KR20150155076A KR101690996B1 KR 101690996 B1 KR101690996 B1 KR 101690996B1 KR 1020150155076 A KR1020150155076 A KR 1020150155076A KR 20150155076 A KR20150155076 A KR 20150155076A KR 101690996 B1 KR101690996 B1 KR 101690996B1
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KR
South Korea
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polishing pad
prepolymer
saccharide
present
pores
Prior art date
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KR1020150155076A
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Inventor
김팔곤
김섭
박종호
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에프엔에스테크 주식회사
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Publication date
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Priority to TW105135868A priority patent/TW201716181A/zh
Priority to JP2016216879A priority patent/JP2017121692A/ja
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Abstract

프리폴리머와 당류 물질의 반응에 의해 형성된 기공을 포함하는 다공성 연마 패드 및 상기 다공성 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

다공성 연마 패드 및 이의 제조 방법{POROUS POLISHING PAD AND PREPARING METHOD OF THE SAME}
본원은, 프리폴리머와 당류 물질의 반응에 의해 형성된 기공을 포함하는 다공성 연마 패드 및 상기 다공성 연마 패드의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 장치는 실리콘 등의 반도체 재료를 사용하여 편평하고 얇은 웨이퍼로 형성된다. 웨이퍼는 결함이 없거나 최소의 결함만을 갖는 충분히 편평한 표면을 갖도록 연마되어야 한다. 웨이퍼를 연마하기 위해 여러 화학적, 전기화학적, 및 화학 기계적 연마 기술이 사용된다. 여러 해 동안, 광학 렌즈와 반도체 웨이퍼는 화학적-기계적 수단에 의해 연마되어 왔다. 특히, 반도체 기술분야의 급속한 진보는 고도 대규모 집적(VLSI) 및 최고도 대규모 집적(ULSI) 회로의 도래를 맞게 되었고, 이로 인해 반도체 기재 내에 더 작은 영역에 더 많은 소자를 채워 넣을 수 있게 되었다. 소자의 밀도가 클수록 보다 높은 평탄도가 요구된다.
화학 기계적 연마(chemical mechanical polishing, CMP)에서, 우레탄 재료로 제조된 연마 패드는 웨이퍼를 연마하기 위해 슬러리와 함께 사용된다. 슬러리는 수성 매개물 내에 분산된 알루미늄 산화물, 세륨 산화물, 또는 실리카 입자 등의 연마 입자를 포함한다. 슬러리는 CMP 공정이 진행되는 동안 CMP 연마 패드와 웨이퍼 표면 사이에 존재하여 웨이퍼의 표면을 기계적·화학적으로 연마하고, 외부로 배출된다. 슬러리가 일정시간 동안 CMP 연마 패드 상에 존재하기 위하여, CMP 연마 패드는 슬러리를 저장할 수 있어야 한다. 이러한 CMP 연마 패드의 슬러리 저장 기능은 연마 패드에 형성된 기공에 의해 수행될 수 있다. 즉, CMP 연마 패드에 형성된 기공에 슬러리가 침투하여 장시간 효율적으로 반도체 표면을 연마할 수 있다. CMP 연마 패드가 슬러리의 유출을 최대한 억제하고 좋은 연마 효율을 내기 위해서는 기공의 형상이 잘 제어되어야 하고, 연마 패드의 경도와 같은 물성이 최적의 조건을 유지할 수 있어야 한다. 연마 입자는 일반적으로 100 nm 내지 200 nm의 크기를 갖는다. 표면 작용제, 산화제, 또는 pH 조절제 등의 다른 작용제가 슬러리 내에 존재한다. 우레탄 패드는 패드 및 웨이퍼의 전체 면에 슬러리의 분포, 및 슬러리 및 슬러리 파쇄물의 제거에 도움을 주기 위한 채널 또는 천공을 가지도록 직조되어 있다. 일 형태의 연마 패드에서는 공동의 구형 미소 부재가 우레탄 재료의 전 부분에 분포되어 있다. 패드 표면이 사용으로 인해 마모될 때, 미소 부재는 계속하여 재생가능한 표면 조직을 제공한다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2015-0026903호는 화학적·기계적 연마 패드에 대해 개시하고 있다. 그러나, 화학적·기계적 연마 패드에 물리적 발포제를 이용하여 기공을 형성할 경우, 상기 물리적 발포재가 패드 상에 잔류하여 웨이퍼에 손상을 야기한다는 문제가 있었다.
한편, 구리는 낮은 저항 때문에 연결물질로서 점점 더 많이 사용되고 있다. 통상, 도전성(금속) 및 절연 표면을 평탄화하는 데는 에칭 기술이 사용된다. 이와 관련하여, CMP 공정은 저유전상수(low-k) 물질과 구리 배선의 연마 시 많은 결함을 야기시킨다. 구리 상감 기법을 위하여 저유전상수 물질을 사용하고, CMP 공정을 실행하는 경우, 저유전상수 물질은 높은 기계적 압력 하에서 변형 또는 파손되어, 기재 표면의 국부적 결함을 형성하도록 변형될 수 있으며, 구리 배선 연마 시 기재 표면의 과도연마(overpolishing)에 의한 구리 배선의 디싱(dishing) 및 유전층의 침식(erosion)과 같은 국부적 결함을 야기할 수 있다. 또한 장벽(barrier)층과 같은 다른 층의 비균일한 제거를 추가로 야기할 수 있다.
본원은, 프리폴리머와 당류 물질의 반응에 의해 형성된 기공을 포함하는 다공성 연마 패드 및 상기 다공성 연마 패드의 제조 방법을 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 프리폴리머에 당류 물질을 분산시키는 단계; 상기 프리폴리머와 상기 당류 물질의 반응에 의해 상기 프리폴리머 내 기공이 형성된 연마 패드를 제조하는 단계를 포함하는, 다공성 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 제조되고, 당류 물질에 의해 화학적·물리적으로 형성된 기공을 포함하는, 다공성 연마 패드를 제공한다.
종래에는 다공성 연마 패드의 제조시, 패드 내에 기공을 형성하기 위해 물리적 발포제 또는 화학적 발포제를 사용하였다. 특히, 상기 물리적 발포제를 사용하여 형성된 기공을 포함하는 다공성 연마 패드를 화학적·기계적 연마 공정에 사용하는 경우, 상기 물리적 발포제가 상기 다공성 연마 패드 상에 잔류하여 웨이퍼에 손상을 야기할 수 있는 문제가 있었다. 또한, 종래에는 연마 패드에 기계적으로 형성된 하나의 구멍을 통하여 연마 용액(슬러리)이 배출됨에 따라, 연마 대상 기재에 연마 용액이 오랫동안 잔류하여, 연마 대상 기재에 손상을 줄 수 있었다.
그러나, 본원의 일 구현예에 의하면, 다공성 연마 패드의 제조시 물리적 발포제를 사용하지 않고, 프리폴리머와 당류 물질의 물리적·화학적 반응에 의해 형성된 기공을 포함하는 다공성 연마 패드를 제조할 수 있다. 더불어, 본원의 일 구현예에 있어서 연마 패드 전체에 기공이 형성된 다공성 연마 패드를 이용하여 연마 대상 기재를 연마할 경우, 상기 연마 패드 전체에 형성된 기공을 통해 연마 용액이 배출될 수 있다. 이에 따라, 연마 속도가 균일하고 연마 대상의 표면 품질을 향상시키는 효과를 달성할 수 있다. 특히, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 당류 물질은 화학적·기계적 연마 공정 중 연마 용액 또는 증류수에 용해되어 상기 다공성 연마 패드에 추가 기공을 형성할 수 있다. 이때, 상기 당류 물질이 연마 용액 또는 증류수에 용해되기 때문에, 연마 패드 내에 잔류하지 않아 연마 대상에 손상을 주지 않는다. 더불어, 상기 당류 물질은 금속의 부식방지제로서도 사용하기 때문에, 금속 박막을 화학적·기계적으로 연마할 경우, 상기 금속 박막을 보호하는 역할 또한 수행할 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 당류가 연마 패드 표면에서 연마 용액 또는 탈이온수에 의해 용해될 때 흡열반응으로 인해 연마 패드가 고온으로 승온되는 것을 방지하여, 연마 후 연마 대상 기재의 균일도가 향상될 수 있다.
또한, 본원의 일 구현예에 있어서, 프리폴리머와 당류 물질의 반응에 의해 형성된 기공은, 상기 프리폴리머와 당류 물질의 반응 온도, 교반 속도, 또는 교반 시간 등을 조절함으로써 상기 프리폴리머와 당류 물질의 반응 정도를 제어할 수 있어, 생성되는 기공의 크기 및/또는 기공률을 용이하게 제어할 수 있다. 더불어, 상기 당류 물질의 첨가량에 따라 생성되는 기공의 기공률 또한 용이하게 제어할 수 있다.
도 1은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드를 나타낸 모식도이다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드를 나타낸 모식도이다.
도 3은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드를 나타낸 모식도이다.
도 4의 (a) 및 (b)는 본원의 일 실시예에 있어서, 다공성 연마 패드의 단면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본원의 일 실시예에 있어서, 다공성 연마 패드의 표면 SEM 이미지를 나타낸 것이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원 명세서 전체에서, "당류 물질"의 기재는 "탄수화물 중에서 비교적 분자가 작고, 물에 용해되어 단맛이 나는 화합물"을 의미하는 것으로서, 단당류 물질, 이당류 물질, 및 다당류 물질을 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 1 측면은, 프리폴리머에 당류 물질을 분산시키는 단계; 상기 프리폴리머와 상기 당류 물질의 반응에 의해 상기 프리폴리머 내 기공이 형성된 연마 패드를 제조하는 단계를 포함하는, 다공성 연마 패드의 제조 방법을 제공한다.
이와 관련하여, 도 1은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드의 모식도이다.
도 1을 참조하면, 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드는 기공이 형성된 연마 패드(100)를 포함하는 것일 수 있다.
도 2는 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드의 모식도이다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드(100)는 접착제(210)에 의해 상기 연마 패드(100)의 하부에 부착된 보조 패드(200)를 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예예 있어서, 상기 연마 패드(100) 및 상기 보조 패드(200)는 각각 우레탄 폼을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리폴리머(prepolymer)는 폴리이소시아네이트를 포함하는 것으로서, 연마 패드의 매트릭스를 구성하는 우레탄 폼을 제조하는데 사용되는 것일 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 폴리이소시아네트는 1 분자 중에 이소시아네이트기를 2 개 이상 갖는 유기 화합물이면 특별히 한정되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 지방족계 폴리이소시아네이트, 지환족계 폴리이소시아네이트, 방향족계 폴리이소시아네이트, 또는 이들의 변성물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 지방족계 폴리이소시아네이트 및 지환족계 폴리이소시아네이트는, 헥사메틸렌디이소시아네이트 또는 이소포론디이소시아네이트를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 방향족계 폴리이소시아네이트는, 톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 폴리페닐렌폴리메틸렌 폴리이소시아네이트, 또는 이들의 카르보디이미드 변성물, 또는 프리폴리머 등의 변성물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 우레탄 폼은 이소시아네이트와 예비 중합체 폴리올로부터의 이소시아네이트-종결 우레탄 예비중합체 반응으로부터 제조되는 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 폴리올은 폴리프로필렌에테르글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리에테르글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 폴리카보네이트디올, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것, 또는 이들의 공중합체를 포함하는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 구체적으로, 상기 이소시아네이트-종결 우레탄 예비중합체 반응은, 이소시아네이트, 디-이소시아네이트, 및 트리-이소시아네이트 예비중합체와 같은 우레탄 예비중합체를 이소시아네이트 반응성 잔기를 함유하는 폴리올과 같은 예비중합체와 반응시킴으로써 형성될 수 있다. 상기 이소시아네이트 반응성 잔기는, 바람직하게는 아민 및 폴리올을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드는 상기와 같이 중합체 수지들을 사용하여 제조하는 것일 수 있으며, 당업계에 널리 알려진 합성 방법을 별다른 제한 없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 상기 연마 패드 본체가 폴리우레탄계 화합물로부터 제조되는 경우에는, 프리폴리머법(prepolymer method) 또는 원-샷 법(one-shot method) 등을 사용하여 상기 연마 패드를 제조할 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폴리머법에 의해 상기 연마 패드를 제조할 경우, 폴리올 성분 및 이소시아네이트 성분을 반응시켜 우레탄 프리폴리머를 형성한 후, 상기 우레탄 프리폴리머, 디아민 또는 다이올, 발포제, 및 촉매 등을 혼합하여 경화시킴으로써 폴리우레탄계 수지를 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 원-샷법에 의해 상기 연마 패드를 제조할 경우, 폴리올 성분, 이소시아네이트 성분, 디아민 또는 다이올, 발포제, 및 촉매 등을 혼합한 후 경화시킴으로써 폴리우레탄계 수지를 형성할 수 있다.
또한, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 중합체 수지 및 상기 당류 물질 이외에, 용도에 따라서 첨가제 및/또는 보조제를 상기 중합체 수지, 예를 들면 폴리이소시아네이트 성분에 혼합하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 첨가제 및/또는 보조제는 통상의 수지에 있어서 물성 향상 또는 조작성 향상 등의 목적으로 사용되는 것으로서, 우레탄화 반응에 현저한 악영향을 미치는 것이 아니라면, 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있다.
이와 관련하여, 도 3은 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드의 모식도를 확대하여 나타낸 것이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리폴리머와 반응하지 않은 미반응 당류 물질(130)은 상기 기공 상에 분산되어 있는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드는, 상기 연마 패드 전체에 기공이 형성되어 있다. 이에 따라, 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드를 이용하여 연마 대상 기재를 연마할 경우, 상기 연마 패드 전체에 형성된 기공을 통해 연마 용액이 연마 대상 기재에 효율적으로 공급될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 당류 물질은 단당류 물질, 이당류 물질, 및 다당류 물질을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 당류 물질은 바람직하게는 당알코올을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 당류 물질은 프리폴리머와 화학적으로 결합하거나 또는 상기 프리폴리머 내에 물리적으로 분포되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 당류 물질의 열분해, 알코올 탈수(alcohol dehydration) 현상, 알코올 고리화(alcohol cyclization), 수소 첨가(hydrogenation), 또는 수소화 분해(hydrogenolysis) 반응에 의해 화학적으로 기공이 형성될 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 우레탄 내에 고체 또는 액체의 당류 물질을 분산시켜 물리적으로 기공이 형성될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리폴리머 100 중량부에 대하여, 상기 당류 물질은 약 1 중량부 내지 약 70 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폴리머 약 100 중량부에 대하여, 상기 당류 물질은 약 1 중량부 내지 약 70 중량부, 약 1 중량부 내지 약 60 중량부, 약 1 중량부 내지 약 50 중량부, 약 1 중량부 내지 약 40 중량부, 약 1 중량부 내지 약 30 중량부, 약 1 중량부 내지 약 20 중량부, 약 1 중량부 내지 약 10 중량부, 약 10 중량부 내지 약 70 중량부, 약 20 중량부 내지 약 70 중량부, 약 30 중량부 내지 약 70 중량부, 약 40 중량부 내지 약 70 중량부, 약 50 중량부 내지 약 70 중량부, 또는 약 60 중량부 내지 약 70 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 당류 물질은 갈락토스, 프럭토스, 글루코스, 락토스, 말토스, 덱스트린, 수크로스, 글리세린, 자일리톨, 소르비톨, 아라비톨, 에리트리톨, 크실리톨, 리비톨, 만니톨, 갈락티톨, 말티톨, 락티톨, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 당류 물질은 액상, 고상, 또는 이들의 혼합상을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 고상의 당류 물질의 입자 크기는 약 0.01 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고상의 당류 물질의 입자 크기는 약 0.01 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 200 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 400 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 600 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 800 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 900 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 800 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 400 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 200 ㎛, 약 0.01 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 또는 약 0.01 ㎛ 내지 약 10 ㎛인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리폴리머에 상기 당류 물질을 첨가한 후 교반시킴으로써 분산성이 향상될 수 있으며, 이에 따라 상기 연마 패드 내에 기공이 균일하게 형성될 수 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 연마 패드가 기공을 포함하는 다공성 연마 패드일 경우, 기계적·화학적 연마 공정 시, 상기 다공성 연마 패드의 기공 내에 연마 용액을 저장하여 장시간 효율적으로 연마 대상 기재를 연마할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리폴리머와 상기 당류 물질의 반응시 경화제가 첨가되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 프리폴리머 약 100 중량부에 대하여 상기 경화제는 약 20 중량부 내지 약 50 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 프리폴리머 약 100 중량부에 대하여 상기 경화제는 약 20 중량부 내지 약 50 중량부, 약 20 중량부 내지 약 40 중량부, 약 20 중량부 내지 약 30 중량부, 약 30 중량부 내지 약 50 중량부, 또는 약 40 중량부 내지 약 50 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 경화제는 우레탄 예비중합체를 경화시키거나 또는 경질화시키기 위하여 사용되는 화합물 또는 화합물의 혼합물을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 경화제는 이소시아네이트기와 반응하여 예비중합체의 사슬을 함께 연결하여 폴리우레탄을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 경화제는 종종 상표명 모카(MOCA; 등록상표)로 칭해지는 4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린)메틸렌(MBCA), 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린)(MCDEA), 디메틸 티오톨루엔디아민, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드 모노-p-아미노벤조에이트, 폴리프로필렌옥시드 디-p-아미노 벤조에이트, 폴리프로필렌옥시드 모노-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-메틸렌-비스-아닐린, 디에틸톨루엔디아민, 5-tert-부틸-2,4- 톨루엔디아민, 3-tert-부틸-2,6-톨루엔디아민, 5-tert-아밀-2,4-톨루엔디아민, 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민, 클로로톨루엔디아민, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 보조 패드(200)는 상기 연마 패드(100)에 상기 접착제(210)에 의해 부착되어, 상기 연마 패드(100)를 보호하는 쿠셔닝 역할 및 연마 균일도 향상 효과를 수행하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 접착제(210)는 상기 연마 패드(100)의 성능을 떨어뜨리지 않으며 상기 연마 패드(100)에 상기 보조 패드(200)를 부착하기 위한 것이라면 특별히 제한되지 않고 사용될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 다공성 연마 패드를 이용하여 화학적·기계적으로 연마를 수행하기 위해서는, 예를 들어, 연마 대상 기재를 준비하고, 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드와 연마 용액을 사용하여 상기 연마 대상 기재를 화학적·기계적으로 연마하는 것일 수 있다. 이때, 상기 다공성 연마 패드는 접착제(220)에 의해 연마 장치에 부착하는 것을 추가 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 화학적·기계적 연마 중, 본원의 일 구현예에 따른 다공성 연마 패드에 포함되는 당류 물질이 상기 연마 용액에 의해 용해되어 상기 연마 패드 내에 추가 기공을 형성하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 제 2 측면은, 본원의 제 1 측면에 따른 방법에 의해 제조되고, 당류 물질에 의해 화학적·물리적으로 형성된 기공을 포함하는, 다공성 연마 패드를 제공한다.
본원의 제 2 측면에 따른 다공성 연마 패드에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
종래에는 연마 패드 내 기공의 형성시, 기공의 크기 및 공극률의 정교한 조절이 어렵고, 약 50 μm 이하의 균일한 기공의 제작이 용이하지 않았다. 그러나, 본원의 일 구현예에 있어서, 프리폴리머와 당류 물질의 반응에 의하여 연마 패드 내에 기공을 형성하는 경우, 반응의 온도, 교반 속도, 또는 교반 시간 등을 조절함으로써 상기 프리폴리머와 상기 당류 물질의 반응 정도를 제어할 수 있다. 이에 따라, 제조되는 상기 다공성 연마 패드의 기공의 크기 및 기공률을 용이하게 제어할 수 있다.
또한, 종래의 다공성 연마 패드는 물리적 발포제를 사용하여 연마 패드 내에 기공을 형성함으로써 연마 패드의 제조 후에도, 연마 패드 내에 물리적 발포제가 잔류하였다. 이 경우, 연마 시, 연마 대상에 결함을 발생시키는 문제가 있었다. 그러나, 본원의 일 구현예에 있어서, 물리적 발포제를 사용하지 않음으로써 발포제에 의한 불순물이 발생하지 않아 결함 발생을 방지할 수 있다. 더불어, 본원의 일 구현예에 있어서, 연마 패드 내 기공을 형성하기 위해 사용되는 당류 물질은 화학적-기계적 연마 공정 중에 연마 용액 또는 증류수에 용해되어 상기 다공성 연마 패드 내에 추가 기공을 형성할 수 있다.
이하, 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이에 제한되지 않을 수 있다.
[ 실시예 ]
1. 다공성 연마 패드의 제조 방법
우레탄 프리폴리머(TDI/MDI/PTMGE계 NCO eq=8.1~10.3%) 100 중량부에 당류 물질로서 만니톨 50 중량부(또는 솔비톨 40 중량부)를 첨가하고 혼합하였다. 상기 혼합물에 경화제로서 MOCA를 20 중량부 내지 50 중량부를 넣어 교반하였다. 이때, 상기 경화제는 상기 프리폴리머의 NCO 함량 및 당량비에 따라 화학양론적 당량비를 계산하여 첨가하였다. 이어서, 가열된 판 위에 상기 혼합물을 도포한 후 가압하여 성형하였다. 성형된 패드는 96.5℃에서 16 시간 동안 경화한 후, 성형물의 두께를 100 mils로 가공하여 연마면에 그루버(groover)를 형성함으로써 다공성 연마 패드를 제조하였다.
2. 다공성 연마 패드를 이용한 연마 방법
상기 실시예 1에서 제조한 연마 패드를 시판 중인 웨이퍼 연마기(AP-300)에 부착하여 연마 대상 웨이퍼를 연마하였다. 상기 연마 패드는 웨이퍼 연마 전에 15 분 내지 20 분 동안 컨디셔닝 시켰다. 상기 웨이퍼는 시판중인 실리카계 연마 용액을 이용하여 연마하였다. 연마 조건은 본 실시예 및 기타 모든 실시예에 대해 일정하게 유지함으로써 성능을 직접 대조하였다: 압력 9 psi, 가압판 속도 95 rpm, 캐리어 속도 90 rpm, 및 연마 시간 1 분.
[ 실험예 ]
상기 실시예 1에서 제조한 연마 패드를 상기 웨이퍼 연마기를 이용하여 연마 대상 웨이퍼를 연마한 후의 박막 두께는 K-mac사의 ST-3000을 이용하여 측정하였다. 상기 실시예 1에서 제조한 연마 패드를 상기 웨이퍼 연마기를 이용하여 연마 대상 웨이퍼를 연마한 후의 박막 두께는 4,672 Å/min이었다. 종래에 사용되던 물리적 발포제로서 엑스팬슬(expancel)을 사용할 경우 연마 후의 박막 두께는 4,480 Å/min였다. 상기와 같이, 본 실시예에 따른 당류 물질을 이용하여 제조된 다공성 연마 패드의 경우, 종래에 물리적 발포제를 이용하여 제조된 다공성 연마 패드와 연마 효율이 유사한 것을 확인할 수 있었다.
도 4의 (a) 및 (b), 및 도 5의 (a) 및 (b)는 상기 실시예 1에 따라 제조된 다공성 연마 패드의 SEM 이미지이다. 도 4의 (a) 및 (b)는 40 중량부의 당류 물질을 포함할 경우의 다공성 연마 패드의 단면 SEM 이미지이고, 도 5의 (a) 및 (b)는 40 중량부의 당류 물질을 포함할 경우의 다공성 연마 패드의 표면 SEM 이미지이다. 상기 실시예 1과 같이 당류 물질을 이용한 다공성 연마 패드는, 당류 물질에 의해 화학적·물리적으로 형성된 기공을 함유하며, 물리적으로 분산된 당류 물질의 경우 연마 대상 웨이퍼의 연마 전 후에 탈이온수에 의해 모두 용해되어 없어졌다. 또한, 상기 연마 도중 컨디셔너에 의해 표면에 노출된다 하더라도 연마 용액에 의해 용해되었다. 상기 당류 물질의 경우 금속의 표면 부식방지제로서도 사용되며, 종래의 물리적 발포제를 포함하는 다공성 연마 패드와 같이 물리적 껍질(expancel)을 가진 물질이 아니기 때문에 손상 측면에서도 유리한 것으로 사료되었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 연마 패드
110: 당류 물질의 반응에 의해 형성된 기공
120: 물리적으로 분포된 당류 물질
130: 당류 물질
200: 보조패드
210, 220: 접착제

Claims (10)

  1. 프리폴리머에 당류 물질을 분산시키는 단계; 및
    상기 프리폴리머와 상기 당류 물질의 반응에 의해 상기 프리폴리머 내 기공이 형성된 연마 패드를 제조하는 단계를 포함하는, 다공성 연마 패드의 제조 방법으로서,
    상기 프리폴리머와 반응하지 않은 미반응 당류 물질이 상기 기공 상에 분산되어 있는 것이며,
    상기 다공성 연마 패드를 이용하여 연마 대상 기재를 연마할 경우, 상기 미반응 당류 물질은 연마 용액 또는 증류수에 용해되어 추가 기공을 형성하여 상기 다공성 연마 패드 내에 잔류하지 않음으로써 연마 대상에 손상을 주지 않는 것인,
    다공성 연마 패드의 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 당류 물질은 단당류 물질, 이당류 물질, 또는 다당류 물질을 포함하는 것인, 다공성 연마 패드의 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 다당류 물질은 당알코올을 포함하는 것인, 다공성 연마 패드의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 당류 물질은 갈락토스, 프럭토스, 글루코스, 락토스, 말토스, 덱스트린, 수크로스, 글리세린, 자일리톨, 소르비톨, 아라비톨, 에리트리톨, 크실리톨, 리비톨, 만니톨, 갈락티톨, 말티톨, 락티톨, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 다공성 연마 패드의 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 당류 물질은 액상, 고상, 또는 이들의 혼합상을 포함하는 것인, 다공성 연마 패드의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 고상의 당류 물질의 입자 크기는 0.01 ㎛ 내지 1,000 ㎛인 것인, 다공성 연마 패드의 제조 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 프리폴리머와 상기 당류 물질의 반응시 경화제가 첨가되는 것인, 다공성 연마 패드의 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 경화제는 4,4'-메틸렌-비스(2-클로로아닐린)메틸렌, 4,4'-메틸렌-비스-(3-클로로-2,6-디에틸아닐린), 디메틸티오톨루엔디아민, 트리메틸렌글리콜 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드 디-p-아미노벤조에이트, 폴리테트라메틸렌옥시드 모노-p-아미노벤조에이트, 폴리프로필렌옥시드 디-p-아미노 벤조에이트, 폴리프로필렌옥시드 모노-p-아미노벤조에이트, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 4,4'-메틸렌-비스-아닐린, 디에틸톨루엔디아민, 5-tert-부틸-2,4-톨루엔디아민, 3-tert-부틸-2,6-톨루엔디아민, 5-tert-아밀-2,4-톨루엔디아민, 3-tert-아밀-2,6-톨루엔디아민, 클로로톨루엔디아민, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 다공성 연마 패드의 제조 방법.
  10. 제 1 항 및 제 3 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 제조되고, 당류 물질에 의해 화학적·물리적으로 형성된 기공을 포함하는, 다공성 연마 패드.
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