KR102608960B1 - Method of manufacturing polishing pad for manufacturing integrated circuit device - Google Patents
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Abstract
연마 패드를 제조하기 위하여, 우레탄 프리폴리머를 형성한다. 우레탄 프리폴리머와 경화제를 반응시켜 반응물을 형성한다. 상기 반응물에 물리적 발포제 및 불활성 기체를 순차적으로 인가하고 상기 반응물을 혼합하여 폴리우레탄 조생성물(crude product)을 형성한다. 상기 불활성 기체에 의해 상기 물리적 발포제의 기화를 억제하면서 상기 폴리우레탄 조생성물에서 발생되는 반응열을 이용하여 상기 물리적 발포제를 기화시킨다. 상기 폴리우레탄 조생성물을 겔화한다. 상기 겔화된 폴리우레탄 조생성물을 경화시켜 복수의 포어를 포함하는 다공성 폴리우레탄 연마층을 형성한다. To manufacture a polishing pad, a urethane prepolymer is formed. The reactant is formed by reacting the urethane prepolymer and the curing agent. A physical foaming agent and an inert gas are sequentially applied to the reactants, and the reactants are mixed to form a crude polyurethane product. While suppressing vaporization of the physical foaming agent by the inert gas, the physical foaming agent is vaporized using the reaction heat generated from the crude polyurethane product. The crude polyurethane product is gelled. The crude gelled polyurethane product is cured to form a porous polyurethane polishing layer including a plurality of pores.
Description
본 발명의 기술적 사상은 연마 패드의 제조 방법에 관한 것으로, 특히 집적회로 소자의 제조시 사용되는 연마 패드 및 그 제조 방법에 관한 것이다. The technical idea of the present invention relates to a method of manufacturing a polishing pad, and particularly to a polishing pad used in manufacturing an integrated circuit device and a method of manufacturing the same.
집적회로 소자의 제조에 있어서 반도체 웨이퍼, 유리 등과 같은 기판의 표면, 및 그 위에 형성되는 다양한 막들의 표면에서 요구되는 글로벌 평탄화도를 확보하기 위하여 CMP (chemical mechanical polishing) 공정이 이용되고 있다. 웨이퍼의 대구경화, 집적회로 소자의 고집적화, 선폭의 미세화 및 배선 구조의 다층화 추세에 따라 CMP 공정에서의 연마 속도 및 평탄화도를 향상시킬 수 있는 연마 패드를 생산할 수 있는 기술 개발에 대한 요구가 커지고 있다. In the manufacture of integrated circuit devices, a CMP (chemical mechanical polishing) process is used to secure the required global flatness on the surface of a substrate such as a semiconductor wafer, glass, etc., and the surfaces of various films formed thereon. As wafers become larger in diameter, integrated circuit devices become more integrated, line widths become smaller, and wiring structures become more multilayered, there is a growing demand for the development of technology that can produce polishing pads that can improve polishing speed and flatness in the CMP process. .
본 발명의 기술적 사상이 이루고자 하는 기술적 과제는 집적회로 소자의 제조를 위한 CMP 공정시 균일하고 미세한 크기로 연마 슬러리를 포집하여 연마 성능 및 평탄화 성능을 극대화할 수 있는 연마 패드의 제조 방법을 제공하는 것이다. The technical problem to be achieved by the technical idea of the present invention is to provide a method of manufacturing a polishing pad that can maximize polishing performance and planarization performance by collecting polishing slurry in a uniform and fine size during the CMP process for manufacturing integrated circuit devices. .
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 양태에 따른 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법에서는, 우레탄 프리폴리머(prepolymer)를 형성한다. 우레탄 프리폴리머와 경화제를 반응시켜 반응물을 형성한다. 상기 반응물에 물리적 발포제 및 불활성 기체를 순차적으로 인가하고 상기 반응물을 혼합하여 폴리우레탄 조생성물(crude product)을 형성한다. 상기 불활성 기체에 의해 상기 물리적 발포제의 기화를 억제하면서 상기 폴리우레탄 조생성물에서 발생되는 반응열을 이용하여 상기 물리적 발포제를 기화시킨다. 상기 폴리우레탄 조생성물을 겔화한다. 상기 겔화된 폴리우레탄 조생성물을 경화시켜 복수의 포어를 포함하는 다공성 폴리우레탄 연마층을 형성한다. In a method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device according to an aspect according to the technical idea of the present invention, a urethane prepolymer is formed. The reactant is formed by reacting the urethane prepolymer and the curing agent. A physical foaming agent and an inert gas are sequentially applied to the reactants, and the reactants are mixed to form a crude polyurethane product. While suppressing vaporization of the physical foaming agent by the inert gas, the physical foaming agent is vaporized using the reaction heat generated from the crude polyurethane product. The crude polyurethane product is gelled. The crude gelled polyurethane product is cured to form a porous polyurethane polishing layer including a plurality of pores.
본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 양태에 따른 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법에서는, 25 ℃에서 20,000 ∼ 40,000 cps의 점도를 가지는 우레탄 프리폴리머(prepolymer)를 형성한다. 상기 우레탄 프리폴리머, 경화제, 비점이 60 ∼ 150 ℃인 발포제, 및 불활성 기체를 사용하여 폴리우레탄 조생성물(crude product)을 형성한다. 상기 불활성 기체에 의해 상기 물리적 발포제의 기화를 억제하면서 상기 폴리우레탄 조생성물에서 발생되는 반응열을 이용하여 상기 물리적 발포제를 기화시킨다. 상기 폴리우레탄 조생성물을 겔화한다. 상기 겔화된 폴리우레탄 조생성물을 경화시켜 복수의 포어를 포함하는 다공성 폴리우레탄 연마층을 형성한다. In a method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device according to another aspect according to the technical spirit of the present invention, a urethane prepolymer having a viscosity of 20,000 to 40,000 cps at 25° C. is formed. A crude polyurethane product is formed using the urethane prepolymer, a curing agent, a foaming agent with a boiling point of 60 to 150° C., and an inert gas. While suppressing vaporization of the physical foaming agent by the inert gas, the physical foaming agent is vaporized using the reaction heat generated from the crude polyurethane product. The crude polyurethane product is gelled. The crude gelled polyurethane product is cured to form a porous polyurethane polishing layer including a plurality of pores.
본 발명의 기술적 사상에 의한 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법에 의하면, 연마 패드 내에 형성되는 복수의 포어의 평균 사이즈가 비교적 작고 복수의 포어 각각의 사이즈 편차가 작으며, 복수의 포어가 연마 패드 내에 비교적 균일하게 분포될 수 있다. 또한, 연마 패드의 라이프타임이 증가될 수 있고, 연마 패드 교체 비용을 절감할 수 있다. 이에 따라, 집적회로 소자의 제조를 위한 CMP 공정시 균일하고 미세한 크기로 연마 슬러리를 포집하여 연마 성능 및 평탄화 성능을 극대화함으로써 미세화된 집적회로 소자의 제조 공정에서 CMP 공정의 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 집적회로 소자의 제조 단가를 낮출 수 있다. According to the method of manufacturing a polishing pad for manufacturing integrated circuit elements according to the technical idea of the present invention, the average size of the plurality of pores formed in the polishing pad is relatively small, the size deviation of each of the plurality of pores is small, and the plurality of pores are formed in the polishing pad. It can be distributed relatively evenly within. Additionally, the life time of the polishing pad can be increased and the cost of replacing the polishing pad can be reduced. Accordingly, the reliability of the CMP process can be improved in the manufacturing process of miniaturized integrated circuit devices by maximizing polishing performance and planarization performance by collecting the polishing slurry in a uniform and fine size during the CMP process for manufacturing integrated circuit devices. The manufacturing cost of integrated circuit devices can be reduced.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법에 따라 제조된 연마 패드의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예에 따른 연마 패드를 이용하여 기판을 연마하는 연마 장치의 주요 부분을 개략적으로 도시한 일부 절결 사시도이다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층의 연마 면에서의 복수의 포어 이미지이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 거치기 전(PRE-CMP)의 연마 면과 CMP 공정을 거친 후(POST-CMP)의 연마 면의 상태를 비교한 확대 사진들을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층의 연마 면의 사진들로서, 각각의 연마 면에서 노출되는 복수의 오픈 포어의 상태를 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층에서의 평균 포어 사이즈 변화를 우레탄 프리폴리머의 점도에 따라 평가한 결과를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층에서의 평균 포어 사이즈 변화를 물리적 발포제의 비점에 따라 평가한 그래프이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층에서의 복수의 포어의 평균 포어 사이즈 변화를 불활성 기체의 함량 및 물리적 발포제의 함량에 따라 연마층에 형성되는 평가한 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 텅스텐(W) 막을 약 1 시간 동안 연마하였을 때의 텅스텐 막의 연마 속도를 평가한 그래프이다.
도 10b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 텅스텐 막을 연마할 때의 라이프타임 특성을 평가한 그래프이다.
도 11a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 실리콘 산화막을 약 1 시간 동안 연마하였을 때의 실리콘 산화막의 연마 속도를 평가한 그래프이다.
도 11b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 실리콘 산화막을 연마할 때의 라이프타임 특성을 평가한 그래프이다.
도 12a는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 수행한 후, 각각의 연마층의 연마 면에서의 표면 거칠기를 해당 연마 면의 거칠기 곡선 요소의 평균 길이 (Rsm: mean width of profile elements)를 이용하여 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12b는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 수행한 후, 상기 CMP 공정 중에 연마층의 연마 면으로부터 분리되어 나온 연마 패드 잔해들(debris)의 평균 사이즈를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다.
도 12c는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따라 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 수행한 후, 웨이퍼 상에 남아 있는 연마 대상 막 표면에 형성된 스크레치들의 개수를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a polishing pad according to embodiments of the present invention.
Figure 2 is a cross-sectional view of a polishing pad manufactured according to a method of manufacturing a polishing pad according to embodiments of the present invention.
Figure 3 is a partially cut away perspective view schematically showing main parts of a polishing device that polishes a substrate using a polishing pad according to an embodiment of the technical idea of the present invention.
4A and 4B are images of a plurality of pores on the polished surface of a polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention.
5A and 5B respectively show the polished surface before the CMP process (PRE-CMP) and the polished surface after the CMP process (POST-CMP) using the polishing layer obtained according to the embodiments according to the technical idea of the present invention. This diagram shows enlarged photos comparing the condition of the polished surface.
Figure 6 is a photograph of the polished surface of a polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention, and is a view showing the state of a plurality of open pores exposed on each polished surface.
Figure 7 is a graph showing the results of evaluating the average pore size change in the polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention according to the viscosity of the urethane prepolymer.
Figure 8 is a graph evaluating the average pore size change in the polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention according to the boiling point of the physical foaming agent.
Figure 9 is a graph evaluating the average pore size change of a plurality of pores in a polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention formed in the polishing layer according to the content of an inert gas and the content of a physical foaming agent.
Figure 10a is a graph evaluating the polishing speed of a tungsten (W) film when the tungsten (W) film was polished for about 1 hour using a polishing layer obtained according to embodiments according to the technical idea of the present invention.
Figure 10b is a graph evaluating the lifetime characteristics when polishing a tungsten film using a polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention.
Figure 11a is a graph evaluating the polishing speed of the silicon oxide film when the silicon oxide film was polished for about 1 hour using a polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention.
Figure 11b is a graph evaluating the lifetime characteristics when polishing a silicon oxide film using a polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention.
Figure 12a shows the surface roughness on the polished surface of each polishing layer after performing a CMP process using the polishing layer obtained according to the embodiments according to the technical idea of the present invention, and the average length of the roughness curve element of the corresponding polishing surface. This is a graph showing the results of evaluation using (Rsm: mean width of profile elements).
Figure 12b is an average of polishing pad debris separated from the polishing surface of the polishing layer during the CMP process after performing a CMP process using a polishing layer obtained according to embodiments of the present invention. This is a graph showing the results of evaluating the size.
Figure 12c is a graph showing the results of evaluating the number of scratches formed on the surface of the film to be polished remaining on the wafer after performing a CMP process using a polishing layer obtained according to embodiments of the technical idea of the present invention. .
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고, 이들에 대한 중복된 설명은 생략한다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numerals are used for the same components in the drawings, and duplicate descriptions thereof are omitted.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법을 설명하기 위한 플로차트이다. 1 is a flowchart for explaining a method of manufacturing a polishing pad according to embodiments of the present invention.
도 1을 참조하면, 공정 P10에서, 우레탄 프리폴리머(prepolymer)를 형성한다. Referring to Figure 1, in process P10, a urethane prepolymer (prepolymer) is formed.
상기 우레탄 프리폴리머를 형성하기 위하여 서로 다른 구조를 가지는 복수의 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 반응시킬 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "폴리올"은 하나의 분자 내에 2 개 이상의 -OH 기를 가지는 화합물을 의미한다. To form the urethane prepolymer, a plurality of polyols having different structures and an isocyanate compound can be reacted. As used herein, the term “polyol” refers to a compound having two or more -OH groups in one molecule.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법에서 사용되는 복수의 폴리올은 말단에 적어도 4 개, 예를 들면 4 ∼ 8 개의 -OH 기를 가지는 적어도 하나의 폴리올을 상기 우레탄 프리폴리머의 총 중량을 기준으로 약 1 ∼ 30 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 상기 복수의 폴리올은 각각 약 500 ∼ 10,000의 수 평균 분자량(Mn)을 가질 수 있다. 본 명세서에서 별도로 정의하지 않는 한, 분자량은 수 평균 분자량(Mn)을 의미한다. 상기 복수의 폴리올은 각각 폴리프로필렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리아크릴, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 이민, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 멜라민, 나일론, 및 불화탄화수소 화합물로부터 선택될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니다. A plurality of polyols used in the method of manufacturing a polishing pad according to embodiments of the present invention include at least one polyol having at least four, for example, 4 to 8 -OH groups at the terminal of the urethane prepolymer. It may be included in an amount of about 1 to 30% by weight based on the total weight. Each of the plurality of polyols may have a number average molecular weight (Mn) of about 500 to 10,000. Unless otherwise defined herein, molecular weight means number average molecular weight (Mn). The plurality of polyols are polypropylene glycol, polyurethane, polyether, polyester, polysulfone, polyacrylic, polycarbonate, polyethylene, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyethylene imine, and polyether sulfone. , polyether imide, polyketone, melamine, nylon, and fluorinated hydrocarbon compounds, but the technical idea of the present invention is not limited thereto.
공정 P10에서, 상기 우레탄 프리폴리머를 형성하는 데 있어서, 서로 다른 구조를 가지는 복수의 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 반응시켜 미반응된 -NCO 기를 포함하는 우레탄 프리폴리머를 형성할 수 있다. 상기 우레탄 프리폴리머 중 상기 미반응된 -NCO 기는 후속의 공정 P20에서 경화제와 반응하여 반응물을 형성할 수 있다. In step P10, in forming the urethane prepolymer, a plurality of polyols having different structures may be reacted with an isocyanate compound to form a urethane prepolymer containing unreacted -NCO groups. The unreacted -NCO group in the urethane prepolymer may react with the curing agent in the subsequent process P20 to form a reactant.
상기 이소시아네이트 화합물은 2 개 이상, 예를 들면 2 ∼ 5 개의 이소시아네이트기를 가지는 이소시아네이트 화합물일 수 있다. 상기 이소시아네이트 화합물은 방향족 이소시아네이트 화합물 및/또는 지방족 이소시아네이트 화합물로 이루어질 수 있다. 상기 이소시아네이트 화합물은 톨루엔디이소시아네이트(TDI), 4,4-디페닐메탄디이소시아네이트(MDI), 1,5-나프탈렌 디이소시아네이트(NDI), 톨리딘 디이소시아네이트(TODI), 헥사메틸렌디이소시아네이트(HMDI), 이소프론디이소시아네이트(IPDI), p-페닐렌 디이소시아네이트, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. The isocyanate compound may be an isocyanate compound having two or more isocyanate groups, for example, 2 to 5 isocyanate groups. The isocyanate compound may be comprised of an aromatic isocyanate compound and/or an aliphatic isocyanate compound. The isocyanate compounds include toluene diisocyanate (TDI), 4,4-diphenylmethane diisocyanate (MDI), 1,5-naphthalene diisocyanate (NDI), tolidine diisocyanate (TODI), and hexamethylene diisocyanate (HMDI). , isophorone diisocyanate (IPDI), p-phenylene diisocyanate, or a combination thereof.
공정 P10에서, 상기 우레탄 프리폴리머는 25 ℃에서 약 20,000 ∼ 40,000 cps의 점도를 가지도록 형성될 수 있다. In process P10, the urethane prepolymer may be formed to have a viscosity of about 20,000 to 40,000 cps at 25°C.
상기 우레탄 프리폴리머의 점도는 공정 P30에서 후술하는 물리적 발포제 및 불활성 기체와 함께 연마 패드 내에 포함되는 복수의 포어 각각의 사이즈를 결정하는 데 기여할 수 있다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 도 2 및 도 3을 참조하여 후술한다. The viscosity of the urethane prepolymer, along with the physical foaming agent and inert gas described later in process P30, may contribute to determining the size of each of the plurality of pores included in the polishing pad. A more detailed description of this will be provided later with reference to FIGS. 2 and 3.
공정 P20에서, 공정 P10에서 얻어진 우레탄 프리폴리머와 경화제를 반응시켜 반응물을 형성한다. In step P20, the urethane prepolymer obtained in step P10 and the curing agent are reacted to form a reactant.
상기 우레탄 프리폴리머와 상기 경화제와의 반응에 의해 가교 결합이 형성되고, 그 결과 3 차원 망상 구조의 폴리우레탄이 형성될 수 있다. A crosslink is formed by the reaction between the urethane prepolymer and the curing agent, and as a result, polyurethane with a three-dimensional network structure may be formed.
일부 실시예들에서, 상기 경화제로서 아민 화합물을 사용할 수 있다. 예를 들면, 상기 경화제는 지방족 또는 방향족의 아민 화합물로 이루어질 수 있다. 예를 들면, 상기 경화제는 에틸렌디아민, 프로필렌디아민, 헥사메틸렌디아민, 이소포론디아민, 디시클로헥실메탄-4,4'-디아민, 또는 4,4'-(메틸렌비스-o-클로로아닐린)(MOCA)일 수 있으나, 상기 예시한 바에 한정되는 것은 아니다. In some embodiments, an amine compound may be used as the curing agent. For example, the curing agent may be composed of an aliphatic or aromatic amine compound. For example, the curing agent may be ethylenediamine, propylenediamine, hexamethylenediamine, isophoronediamine, dicyclohexylmethane-4,4'-diamine, or 4,4'-(methylenebis-o-chloroaniline) (MOCA ), but is not limited to the above examples.
공정 P30에서, 공정 P20에서 얻어진 반응물에 물리적 발포제 및 불활성 기체를 순차적으로 인가하면서 상기 반응물을 혼합하여 폴리우레탄 조생성물(crude product)을 형성한다. In step P30, a physical foaming agent and an inert gas are sequentially applied to the reactants obtained in step P20 while the reactants are mixed to form a crude polyurethane product.
본 명세서에서 사용되는 용어 "물리적 발포제"는 화학 반응에 의한 발포를 유발하는 화학적 발포제와 달리, 상온에서는 기화되지 않지만 비교적 낮은 비점을 가지는 발포제로서 우레탄 반응에 의해 기화되어 물리적인 발포를 유발하는 발포제를 의미하는 것으로 사용된다. The term "physical foaming agent" used herein refers to a foaming agent that does not vaporize at room temperature but has a relatively low boiling point, unlike a chemical foaming agent that causes foaming by a chemical reaction. It vaporizes through a urethane reaction and causes physical foaming. It is used to mean.
상기 물리적 발포제는 상기 폴리우레탄 조생성물에 혼합되어, 열에 의한 기화에 의해 다량의 기포를 발생시킬 수 있다. 상기 물리적 발포제는 상기 폴리우레탄 조생성물 내에서 화학 반응에는 참여하지 않을 수 있다. The physical foaming agent can be mixed with the crude polyurethane product to generate a large amount of bubbles through vaporization by heat. The physical blowing agent may not participate in chemical reactions within the crude polyurethane product.
일부 실시예들에서, 상기 물리적 발포제는 할로겐족 원소를 포함하는 화합물로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 물리적 발포제는 프레온, 탄화수소 화합물, 과불화 화합물, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 상기 프레온으로서, CCl3F (비점 23.8 ℃), CHCl2CF3 (비점 28.7 ℃), CH3CCl2F (비점 32 ℃) 등을 들 수 있다. 상기 탄화수소 화합물로서, n-펜탄 (비점 36.1 ℃), c-펜탄 (비점 49 ℃), 메틸 셀로솔브 (methyl cellosolve) (비점 124 ℃), 에틸 셀로솔브 (ethyl cellosolve) (비점 136 ℃), 시클로헥사논 (cyclohexanone) (비점 154 ℃) 등을 들 수 있다. 상기 과불화 화합물로서, PF-5056 (비점 60 ℃), PF-5058 (비점 80 ℃)등 (PF-5056 및 PF-5058은 Minnesota 주 St. Paul에 있는 3M Company에서 시판되는 제품의 상표명)의 과불화탄소 화합물 (perfluorinated compounds); C4F9NO (비점 95 ℃) 및 그 이성체 등과 같은 퍼플루오로모르폴린 화합물 (perfluoromorpholine compounds); Novec 1230 (perfluoro(2-methyl-3-pentanone: C6F12O) (비점 49 ℃) 등을 들 수 있다. In some embodiments, the physical blowing agent may be composed of a compound containing a halogen element. In some embodiments, the physical blowing agent may be comprised of freon, a hydrocarbon compound, a perfluorinated compound, or a combination thereof. Examples of the freon include CCl 3 F (boiling point 23.8°C), CHCl 2 CF 3 (boiling point 28.7°C), and CH 3 CCl 2 F (boiling point 32°C). As the hydrocarbon compounds, n-pentane (boiling point 36.1°C), c-pentane (boiling point 49°C), methyl cellosolve (boiling point 124°C), ethyl cellosolve (boiling point 136°C), cyclo Hexanone (cyclohexanone) (boiling point 154°C), etc. can be mentioned. As the above-mentioned perfluorinated compounds, PF-5056 (boiling point: 60°C), PF-5058 (boiling point: 80°C), etc. (PF-5056 and PF-5058 are brand names of products sold by 3M Company, St. Paul, Minnesota). perfluorinated compounds; perfluoromorpholine compounds such as C 4 F 9 NO (boiling point 95° C.) and its isomers; Novec 1230 (perfluoro(2-methyl-3-pentanone: C 6 F 12 O) (boiling point 49°C), etc.
일부 실시예들에서, 상기 물리적 발포제는 우레탄 반응의 반응열에 의해 얻어지는 온도보다 낮은 비점을 가질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 물리적 발포제로서 약 60 ∼ 150 ℃의 비점을 가지는 물질을 사용할 수 있다. In some embodiments, the physical foaming agent may have a boiling point lower than the temperature obtained by the heat of reaction of the urethane reaction. In some embodiments, a material having a boiling point of about 60 to 150° C. may be used as the physical foaming agent.
일부 실시예들에서, 상기 물리적 발포제는 상온에서 액상(液相)일 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "상온"은 약 20 ∼ 28 ℃이며, 계절에 따라 다를 수 있다. In some embodiments, the physical foaming agent may be in a liquid phase at room temperature. The term “room temperature” used in this specification is about 20 to 28° C. and may vary depending on the season.
일부 실시예들에서, 상기 불활성 기체는 우레탄 반응에 참여하지 않는 것으로서, 원자가가 '0'이어서 화학적으로 안정된 상태일 수 있다. 예를 들면, 상기 불활성 기체는 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, N2, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. In some embodiments, the inert gas does not participate in the urethane reaction and has a valence of '0', so it may be in a chemically stable state. For example, the inert gas may be He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, N 2 , or a combination thereof.
일부 실시예들에서, 공정 P30에서 상기 폴리우레탄 조생성물을 형성하기 위하여, 공정 P20에서 우레탄 프리폴리머와 경화제를 반응시켜 얻어진 반응물에 액상의 물리적 발포제를 혼합하여 예비 배합물을 형성할 수 있다. 그 후, 상기 예비 배합물에 불활성 기체를 인가하면서 상기 예비 배합물을 혼합할 수 있다. In some embodiments, in order to form the crude polyurethane product in step P30, a liquid physical foaming agent may be mixed with the reactant obtained by reacting the urethane prepolymer and the curing agent in step P20 to form a preliminary blend. Thereafter, the preliminary blend can be mixed while applying an inert gas to the preliminary blend.
공정 P30에서 상기 폴리우레탄 조생성물을 형성하기 위하여, 상기 물리적 발포제는 상기 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 ∼ 10 중량%의 양으로 상기 반응물에 인가될 수 있다. 상기 불활성 기체는 상기 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 약 5 ∼ 30 부피%의 양으로 상기 반응물에 인가될 수 있다. To form the crude polyurethane product in process P30, the physical blowing agent may be applied to the reactant in an amount of about 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the crude polyurethane product. The inert gas may be applied to the reactant in an amount of about 5 to 30% by volume based on the total volume of the crude polyurethane product.
상기 물리적 발포제 및 불활성 기체는 연마 패드 내에 포함되는 복수의 포어의 생성을 유도하는 것으로서, 다른 조건들이 동일한 경우 상기 물리적 발포제 및 불활성 기체의 혼합 비율을 이용하여 상기 복수의 포어의 사이즈를 콘트롤할 수 있다. The physical foaming agent and the inert gas induce the creation of a plurality of pores contained in the polishing pad. When other conditions are the same, the size of the plurality of pores can be controlled using the mixing ratio of the physical foaming agent and the inert gas. .
공정 P40에서, 상기 불활성 기체에 의해 상기 물리적 발포제의 기화를 억제하면서 상기 폴리우레탄 조생성물에서 발생되는 반응열을 이용하여 상기 물리적 발포제를 기화시킨다. In step P40, the physical foaming agent is vaporized using the reaction heat generated from the crude polyurethane product while suppressing vaporization of the physical foaming agent with the inert gas.
일부 실시예들에서, 상기 폴리우레탄 조생성물에서 발생되는 반응열에 의해 얻어지는 온도는 약 120 ∼ 150 ℃ 일 수 있고, 상기 물리적 발포제는 상기 반응열에 의해 얻어지는 온도보다 낮고 약 60 ∼ 150 ℃의 범위 내에서 선택되는 비점을 가질 수 있다. In some embodiments, the temperature obtained by the heat of reaction generated from the crude polyurethane product may be about 120 to 150 ° C, and the physical blowing agent is lower than the temperature obtained by the heat of reaction and within the range of about 60 to 150 ° C. It can have a boiling point of choice.
일부 실시예들에서, 상기 폴리우레탄 조생성물에 대하여 약 10 초 내지 약 30 분의 TFT (tack free time)을 제공할 수 있다. 상기 TFT 동안 상기 폴리우레탄 조생성물 내에서 반응이 일어나서 상기 물리적 발포제의 비점 이상의 온도를 제공하는 반응열이 발생되면, 상기 TFT 동안 물리적 발포제가 기화될 수 있다. 이 때, 상기 불활성 기체는 상기 물리적 발포제의 기화가 과도하게 일어나지 않도록 제어하는 역할을 할 수 있다. 이 때, 상기 폴리우레탄 조생성물의 반응열에 의해 평형이 깨지고 상기 폴리우레탄 조생성물을 구성하는 반응 기들 사이에 가교 반응이 일어나 폴리우레탄 조생성물이 더욱 조밀하고 미세한 3 차원 망상 구조를 가지게 될 수 있다. In some embodiments, the crude polyurethane product may be provided with a tack free time (TFT) of about 10 seconds to about 30 minutes. If a reaction occurs within the crude polyurethane product during the TFT to generate heat of reaction that provides a temperature above the boiling point of the physical blowing agent, the physical blowing agent may be vaporized during the TFT. At this time, the inert gas may play a role in controlling excessive vaporization of the physical foaming agent. At this time, the equilibrium is broken by the heat of reaction of the crude polyurethane product, and a crosslinking reaction occurs between the reactive groups constituting the crude polyurethane product, so that the crude polyurethane product may have a more dense and fine three-dimensional network structure.
공정 P50에서, 상기 폴리우레탄 조생성물을 겔화한다. In step P50, the crude polyurethane product is gelled.
상기 겔화 공정은 약 80 ∼ 90 ℃의 온도 하에서 약 5 ∼ 30 분 동안 수행될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 겔화 온도 및 겔화 시간은 경우에 따라 최적 조건을 맞출 수 있도록 다양하게 변화될 수 있다. The gelation process may be performed for about 5 to 30 minutes at a temperature of about 80 to 90 ° C., but the technical idea of the present invention is not limited thereto, and the specific gelation temperature and gelation time may be adjusted to optimal conditions depending on the case. It can be changed in various ways.
공정 P60에서, 상기 겔화된 폴리우레탄 조생성물을 경화시켜 복수의 포어를 포함하는 다공성 폴리우레탄 연마층을 형성한다. In step P60, the gelled polyurethane crude product is cured to form a porous polyurethane polishing layer including a plurality of pores.
상기 경화에 의해 상기 겔화된 폴리우레탄 조생성물이 고체화될 수 있다. 상기 경화는 약 80 ∼ 120 ℃의 온도 하에서 약 20 ∼ 24 시간 동안 수행될 수 있으나, 본 발명의 기술적 사상이 이에 한정되는 것은 아니며, 구체적인 경화 온도 및 경화 시간은 경우에 따라 최적 조건을 맞출 수 있도록 다양하게 변화될 수 있다. The crude gelled polyurethane product may be solidified by the curing. The curing may be performed for about 20 to 24 hours at a temperature of about 80 to 120 ℃, but the technical idea of the present invention is not limited thereto, and the specific curing temperature and curing time may be adjusted to meet optimal conditions depending on the case. It can change in various ways.
공정 P70에서, 공정 P60에서 얻어진 다공성 폴리우레탄 연마층을 가공하여 복수의 포어가 노출되는 연마 면을 형성한다. 상기 연마 면은 예를 들면 도 2를 참조하여 후술하는 연마 면(128)에 대응할 수 있다. In step P70, the porous polyurethane polishing layer obtained in step P60 is processed to form a polishing surface where a plurality of pores are exposed. For example, the polishing surface may correspond to the polishing
공정 P70에 따라 다공성 폴리우레탄 연마층을 가공하는 공정은 상기 다공성 폴리우레탄 연마층을 소정의 두께 및 소정의 평면 형상을 가지도록 시트 형상으로 절단하는 공정과 상기 절단된 다공성 폴리우레탄 연마층을 세정하는 공정과, 상기 세정된 다공성 폴리우레탄 연마층의 연마 면에 연마용 슬러리가 골고루 공급될 수 있도록 상기 연마 면에 다양한 형태의 그루브(groove)를 형성하는 공정을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 그루브의 형성 공정은 생략 가능하다. The process of processing a porous polyurethane polishing layer according to process P70 includes cutting the porous polyurethane polishing layer into a sheet shape to have a predetermined thickness and a predetermined planar shape, and cleaning the cut porous polyurethane polishing layer. It may include a process of forming grooves of various shapes on the polishing surface of the cleaned porous polyurethane polishing layer so that the polishing slurry can be evenly supplied to the polishing surface. In some embodiments, the groove forming process can be omitted.
일부 실시예들에서, 상기와 같은 공정들을 통해 얻어진 다공성 폴리우레탄 연마층 만으로 연마 패드를 완성할 수 있다. 다른 일부 실시예들에서, 다공성 폴리우레탄 연마층에 지지층, 예를 들면 도 2에 예시한 바와 같은 지지층(110)을 결합시켜 연마 패드를 완성할 수도 있다.In some embodiments, a polishing pad may be completed using only the porous polyurethane polishing layer obtained through the above processes. In some other embodiments, the polishing pad may be completed by combining a porous polyurethane polishing layer with a support layer, for example, the
도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 기술적 사상에 의한 방법에 의해 제조된 연마 패드는 미세하고 균일한 사이즈의 복수의 포어를 포함할 수 있으며, 상기 복수의 포어는 연마 패드 내에 비교적 균일하게 분포될 수 있다. The polishing pad manufactured by the method according to the technical idea of the present invention described with reference to FIG. 1 may include a plurality of pores of fine and uniform size, and the plurality of pores may be relatively uniformly distributed within the polishing pad. there is.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법에 따라 제조된 연마 패드(100)의 단면도이다. Figure 2 is a cross-sectional view of a
도 2를 참조하면, 연마 패드(100)는 지지층(110) 및 연마층(120)을 포함한다. Referring to FIG. 2, the
도 3은 연마 패드(100)를 이용하여 기판(W)을 연마하는 연마 장치(200)의 주요 부분을 개략적으로 도시한 일부 절결 사시도이다. 도 3에는 회전형 연마 장치(200)를 예시하였으나, 본 발명의 기술적 사상이 회전형 연마 장치에만 한정되는 것은 아니다. FIG. 3 is a partial cutaway perspective view schematically showing main parts of the
도 2 및 도 3을 참조하면, 지지층(110)은 연마 패드(100)를 연마 장치(200)의 플레이튼(202)에 부착될 수 있도록 지지하는 역할을 할 수 있다. 지지층(110)은 플레이튼(202)에 대향하는 헤드(204)에 로딩되어 있는 연마 대상인 기판(W)을 가압하는 힘에 대하여 복원성을 갖는 물질로 구성됨으로써, 그 위에 형성되어 있는 연마층(120)을 기판(W)에 대응하여 균일한 탄성력으로 지지하는 역할을 수행할 수 있다. 지지층(110)은 비다공성의 고체 균일 탄성체로 이루어질 수 있다. 지지층(110)은 연마층(120)의 경도보다 더 낮은 경도를 가질 수 있다. 지지층(110)의 적어도 일부는 투명 또는 반투명한 재질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 지지층(110)은 생략 가능하다. Referring to FIGS. 2 and 3 , the
도 3에서, 기판(W)은 예를 들면 금속, 절연층 등의 연마 대상막이 형성되어 있는 웨이퍼일 수 있다. 기판(W)은 반도체 소자를 형성하기 위한 기판, TFT-LCD를 형성하기 위한 기판, 유리 기판, 세라믹 기판, 폴리머 기판 등 다양한 기판으로 이루어질 수 있다. In FIG. 3 , the substrate W may be, for example, a wafer on which a polishing target film, such as a metal or an insulating layer, is formed. The substrate W may be made of various substrates, such as a substrate for forming a semiconductor device, a substrate for forming a TFT-LCD, a glass substrate, a ceramic substrate, or a polymer substrate.
도 3에는 연마 패드(100)의 평면 형상이 원형인 경우를 예시하였으나, 연마 장치(200)의 형태에 따라 직사각형, 정사각형 등의 다양한 형태로 변형이 가능하다. Although FIG. 3 illustrates the case where the
연마층(120)은 연마 대상인 기판(W)과 직접 접촉할 수 있다. 연마층(120)은 도 1을 참조하여 설명한 바와 같은 연마 패드의 제조 방법에 의해 제조될 수 있다. The
연마층(120)은 도 1의 공정 P60에서 형성된 다공성 폴리우레탄 연마층을 공정 P70에 따라 소정 형상으로 가공하여 얻어질 수 있는 것으로서, 예를 들면 공정 P60에서 얻어진 경화된 다공성 폴리우레탄 연마층을 공정 P70에 따라 소정의 두께 및 소정의 평면 형상을 가지도록 시트 형상으로 절단하고, 세정한 후, 연마 면(128)에 연마용 슬러리가 골고루 공급될 수 있도록 상기 연마 면(128)에 다양한 형태의 그루브(도시 생략)를 형성한 결과물일 수 있다. The
연마층(120)은 폴리머 매트릭스(122)와, 폴리머 매트릭스(122) 내에 분산되어 있는 복수의 포어(126)를 포함할 수 있다. The
다공성 폴리우레탄 연마층으로 이루어지는 연마층(120)은 CMP 공정을 수행하기 위하여 사용되는 화학 용액인 연마 슬러리(214)에 대하여 불용성일 수 있다. 또한, 도 3에 예시한 바와 같이 연마 장치(200)의 노즐(216)을 통해 공급되는 연마 슬러리(214)는 다공성 폴리우레탄 연마층으로 이루어지는 연마층(120)의 내부로 침투되지 않을 수 있다.The
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법에서는 도 1의 공정 P10에서 설명한 바와 같이, 우레탄 프리폴리머를 형성하기 위하여 서로 다른 구조를 가지는 복수의 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 반응시킨다. 여기서, 상기 복수의 폴리올은 적어도 4 개의 -OH 기를 가지는 적어도 하나의 폴리올을 포함할 수 있다. In the method of manufacturing a polishing pad according to embodiments of the technical idea of the present invention, as described in process P10 of FIG. 1, a plurality of polyols having different structures and an isocyanate compound are reacted to form a urethane prepolymer. Here, the plurality of polyols may include at least one polyol having at least 4 -OH groups.
예를 들면, 복수의 폴리올에서 적어도 4 개의 -OH 기를 가지는 폴리프로필렌글리콜을 포함하는 경우, 폴리올로서 2 가 또는 3 가의 -OH 기를 가지는 폴리프로필렌글리콜 만을 사용하는 경우에 비해, 결과물로서 얻어지는 연마 패드(100)의 특성이 향상될 수 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 연마층(120)이 폴리우레탄으로 이루어진 경우, 폴리올로서 2 가 또는 3 가의 -OH 기를 가지는 폴리올 만을 사용하여 얻어지는 폴리우레탄 구조에서는 -C-O- 구조의 반복적인 2 차원 결합이 많아 상대적으로 플랙서블(flexible)한 특성을 나타낼 수 있다. 반면, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법에서와 같이, 4 가 이상의 -OH 기를 가지는 폴리올을 포함하는 복수의 폴리올을 사용하여 폴리우레탄을 형성하는 경우, 결과물로서 얻어지는 폴리우레탄 구조는 비교적 높은 가교도를 가짐으로써 조밀하고 미세한 3 차원 망상 구조를 제공할 수 있다. 따라서, 2 가 또는 3 가 관능기를 가지는 폴리올 만을 사용하는 경우에 비해 강직한 특성을 나타낼 수 있다.For example, when a plurality of polyols include polypropylene glycol having at least 4 -OH groups, the resulting polishing pad ( 100) characteristics can be improved. More specifically, when the
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 연마 패드의 제조 방법에서, 적어도 4 개의 -OH 기를 가지는 적어도 하나의 폴리올은 우레탄 프리폴리머의 총 중량을 기준으로 약 1 ∼ 30 중량%의 양으로 포함할 수 있다. 예를 들면, 2 가 -OH 기를 가지는 폴리올, 3 가 -OH 기를 가지는 폴리올, 및 적어도 4 가의 -OH 기를 가지는 폴리올을 혼합한 복수의 폴리올을 사용하여 우레탄 프리폴리머를 형성하는 경우, 복수의 폴리올 내에 포함되는 적어도 4 가의 -OH 기를 가지는 폴리올의 함량은결과물로서 얻어지는 우레탄 프리폴리머의 총 중량을 기준으로 약 1 ∼ 30 중량%일 수 있다. 적어도 4 가의 -OH 기를 가지는 폴리올의 함량이 우레탄 프리폴리머의 총 중량을 기준으로 1 중량% 보다 더 낮은 경우, 4 가의 -OH 기를 가지는 폴리올에 의해 유도되는 3 차원 망상 구조 형성을 위한 결합 발생 가능성이 급격히 떨어져 가교도 향상에 큰 영향을 미치지 못할 수 있다. 4 가의 -OH 기를 가지는 폴리올의 함량이 우레탄 프리폴리머의 총 중량을 기준으로 30 중량% 보다 더 높은 경우, 결과적으로 얻어지는 연마 패드의 가요성(flexibility)이 상당히 감소되어, 연마 패드의 제조 공정 중에 우레탄 프리폴리머를 물리적으로 제어하는 것이 어려워질 수 있다. In the method of manufacturing a polishing pad according to embodiments of the technical idea of the present invention, at least one polyol having at least 4 -OH groups may be included in an amount of about 1 to 30% by weight based on the total weight of the urethane prepolymer. You can. For example, when forming a urethane prepolymer using a plurality of polyols mixed with a polyol having a divalent -OH group, a polyol having a trivalent -OH group, and a polyol having at least a tetravalent -OH group, the polyol is included in the plurality of polyols. The content of the polyol having at least tetravalent -OH groups may be about 1 to 30% by weight based on the total weight of the resulting urethane prepolymer. When the content of the polyol having at least a tetravalent -OH group is lower than 1% by weight based on the total weight of the urethane prepolymer, the possibility of bonding to form a three-dimensional network structure induced by the polyol having a tetravalent -OH group increases rapidly. Otherwise, crosslinking may not have a significant effect on improvement. If the content of polyol having a tetravalent -OH group is higher than 30% by weight based on the total weight of the urethane prepolymer, the flexibility of the resulting polishing pad is significantly reduced, so that the urethane prepolymer is removed during the manufacturing process of the polishing pad. It may become difficult to physically control.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 방법에 의해 제조된 연마 패드(100)는 비교적 높은 가교도를 가짐으로써 조밀하고 미세한 3 차원 망상 구조를 가지는 폴리우레탄 구조를 가질 수 있다. 따라서, 도 3에 예시한 연마 장치(200)를 이용하여 CMP 공정을 수행하는 동안, 연마 패드(100)의 폴리머 매트릭스(122) 내에 분산되어 있는 복수의 포어(126)는 연마 면(128)에서 노출되는 오픈 포어(126A)를 포함한다. 오픈 포어(126A)를 한정하는 폴리머 매트릭스(122)가 조밀하고 미세한 3 차원 망상 구조를 가지는 폴리우레탄 구조로 이루어짐에 따라, 연마 면(128)에서 노출되는 오픈 포어(126A)는 CMP 공정이 진행됨에 따라 높은 압력과 마찰력이 인가되더라도 오픈 포어(126A)의 주변이 마모되어 오픈 포어(126A)가 뭉개지는 글래이징(glazing) 현상이 발생되지 않는다. The
CMP 공정 중, 연마 패드(100)가 사용되는 라이프타임(life time) 동안에는 연마 성능이 일정하게 유지되어야 한다. 그런데, 연마 패드(100)의 연마 면(128)에서 노출된 오픈 포어(126A)가 막히거나 글래이징 현상이 발생되면, 연마 성능이 점차 저하되고, 결국 연마 패드(100)의 사용 시간이 제한될 수 있다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 방법에 의해 제조된 연마 패드(100)는 CMP 공정이 진행되는 연마 패드(100)의 라이프타임, 예를 들면 약 20 시간 동안 오픈 포어(126A)의 형태가 지속적으로 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 연마 패드(100)의 연마 성능이 저하되지 않고 일정하게 유지될 수 있다. 그 결과, 연마 패드(100)의 라이프타임이 증가될 수 있고, 연마 패드(100) 교체 비용을 절감할 수 있다.During the CMP process, polishing performance must be maintained constant during the life time during which the
도 1의 공정 P10에서 형성되는 우레탄 프리폴리머의 점도는 공정 P30에서 사용되는 불활성 기체 및 저비점 발포제와 함께 연마층(120)에 포함되는 복수의 포어(126)의 사이즈를 결정할 수 있다. 또한, 도 1의 공정 P30에서 폴리우레탄 조생성물을 형성하기 위하여 인가되는 불활성 기체 및 저비점 발포제는 연마 패드(100) 내에 포함되는 복수의 포어(126)의 생성을 유도하는 것으로서, 상기 불활성 기체 및 저비점 발포제 각각의 함량에 의해 연마층(120) 내에 분산되는 복수의 포어(126)의 사이즈를 콘트롤할 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 물리적 발포제 및 불활성 기체는 다른 조건들이 동일한 경우 상기 물리적 발포제 및 불활성 기체의 혼합 비율을 이용하여 상기 복수의 포어의 사이즈를 콘트롤할 수 있다. The viscosity of the urethane prepolymer formed in process P10 of FIG. 1 can determine the size of the plurality of pores 126 included in the
연마층(120) 내에 분산되는 복수의 포어(126)가 비교적 균일한 사이즈를 가지도록 하면서 고집적화된 미세한 집적회로 소자를 제조하기 위한 미세 공정을 수행할 수 있도록 마이크로미터(μm) 단위의 미세한 평균 포어 사이즈, 예를 들면 약 31 μm 이하의 평균 포어 사이즈를 가지는 복수의 포어(126)가 요구될 수 있다. 이를 위하여, 도 1의 공정 P10에서 상기 우레탄 프리폴리머는 25 ℃에서 약 20,000 ∼ 40,000 cps의 점도를 가지도록 형성되고, 도 1의 공정 P30에서 상기 폴리우레탄 조생성물을 형성하기 위하여, 상기 물리적 발포제는 상기 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 약 0.1 ∼ 10 중량%의 양으로 상기 반응물에 인가되고, 상기 불활성 기체는 상기 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 약 5 ∼ 30 부피%의 양으로 상기 반응물에 인가될 수 있다. A fine average pore in the micrometer (μm) unit can be used to perform a fine process to manufacture a highly integrated fine integrated circuit device while ensuring that the plurality of pores 126 distributed within the
연마 패드(100)의 연마층(120) 중 CMP 공정 중에 기판(W)과 직접 접촉하는 연마 면(128)에는 복수의 포어(126) 중 일부가 오픈 포어(126A)로서 개방된다. 이와 같이 연마 면(128)에서 개방되는 오픈 포어(126A)는 연마층(120) 내에 포함되었던 불활성 기체 및 저비점 발포제에 의해 생성된 포어 영역이 외부에 노출됨에 따라 오픈 포어(126A)로서 남게 되는 것으로서, 외부로부터의 소정 물질들이 오픈 포어(126A) 내에 포획 가능하다. Among the polishing
연마 패드(100)를 이용하여 CMP 공정을 수행하는 동안, 연마층(120)이 연마 면(128)으로부터 점차 마모됨에 따라 연마층(120) 내에 분산된 복수의 포어(126)가 연속적으로 연마층(120)의 새로운 연마 면(128)에서 노출되어 새로운 오픈 포어(126A)가 생성되고, 새로 생성된 오픈 포어(126A)의 내부는 연마 슬러리(214)로 채워질 수 있다. 따라서, 연마 면(128)에는 연마층(120) 재료인 폴리머 매트릭스(122) 만이 노출될 수 있고, 연마 패드(100)의 불균일한 마모가 일어나지 않고 연마 대상인 기판(W)을 균일하게 연마할 수 있다. While performing a CMP process using the
이하에서는 본 발명에 따른 구체적인 예들 및 비교예들을 설명한다. 이하의 예들은 본 발명의 기술적 사상에 의한 연마 패드의 제조 방법을 구체적인 예를 들어 보다 명확하게 설명하기 위하여 제시되는 것으로서, 본 발명의 기술적 사상이 이하의 예들 및 비교예들에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, specific examples and comparative examples according to the present invention will be described. The following examples are presented to more clearly explain the method of manufacturing a polishing pad according to the technical idea of the present invention through specific examples, and the technical idea of the present invention is not limited by the following examples and comparative examples. .
<예 1><Example 1>
200 kg 반응기에 폴리테트라메틸렌글리콜(분자량 1000) 70 kg, 폴리프로필렌글리콜 (분자량 1000, functionality(f)=4) 30kg, 및 톨루엔디이소시아네이트 60 kg을 투입하고, 70 ∼ 80 ℃의 온도에서 4 ∼ 5 시간 동안 반응시키며 최종 반응물의 -NCO 기 함량을 9.0 %로 하는 우레탄 프리폴리머를 제조하였다. 제조된 우레탄 프리폴리머의 점도는 35,000 cps (25℃)였다.Into a 200 kg reactor, 70 kg of polytetramethylene glycol (molecular weight 1000), 30 kg of polypropylene glycol (molecular weight 1000, functionality (f)=4), and 60 kg of toluene diisocyanate were added, and the mixture was reacted at a temperature of 70 to 80°C for 4 to 40 kg. The reaction was conducted for 5 hours to prepare a urethane prepolymer with a -NCO group content of the final reactant of 9.0%. The viscosity of the prepared urethane prepolymer was 35,000 cps (25°C).
<예 2><Example 2>
200 kg 반응기에 폴리테트라메틸렌글리콜 (분자량 1000인 폴리테트라메틸렌글리콜과 분자량 800인 폴리테트라메틸렌글리콜을 8:2의 중량비로 혼합한 결과물, 즉 분자량 1000/800 = 8/2) 80 kg, 폴리프로필렌글리콜 (분자량 1000/2000 = 5/5, functionality(f)=4) 20 kg, 톨루엔디이소시아네이트 67 kg을 투입하고, 70 ∼ 80 ℃의 온도에서 4 ∼ 5 시간 동안 반응시키며 최종 반응물의 -NCO 기 함량을 9.0 %로 하는 우레탄 프리폴리머를 제조하였다. 제조된 우레탄 프리폴리머의 점도는 30,000 cps (25℃)였다.In a 200 kg reactor, 80 kg of polytetramethylene glycol (the result of mixing polytetramethylene glycol with a molecular weight of 1000 and polytetramethylene glycol with a molecular weight of 800 in a weight ratio of 8:2, i.e. molecular weight 1000/800 = 8/2),
<예 3><Example 3>
주조기 (casting machine)을 이용하여 예 1의 우레탄 프리폴리머 100 kg, MOCA 29 kg, 및 불활성 기체인 N2 가스를 5000 rpm으로 회전하는 믹싱 헤드(mixing head)를 거쳐 토출하였다. 이 때, N2 가스는 MFC (mass flow controller)를 이용하여 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 30 부피%의 양으로 인가하였다. Using a casting machine, 100 kg of the urethane prepolymer of Example 1, 29 kg of MOCA, and N 2 gas, an inert gas, were discharged through a mixing head rotating at 5000 rpm. At this time, N 2 gas was applied in an amount of 30% by volume based on the total volume of the crude polyurethane product to be formed using an MFC (mass flow controller).
그 후, 얻어진 폴리우레탄 조생성물을 사각형의 주형에 주입하고, 1 분 동안 의 TFT (tack free time)을 제공하였다. 그 후, 30 분 동안 겔화한 후, 100℃ 오븐에서 20 시간 동안 경화시켰다. Thereafter, the obtained crude polyurethane product was injected into a square mold, and a TFT (tack free time) of 1 minute was provided. Afterwards, it was gelled for 30 minutes and then cured in an oven at 100°C for 20 hours.
제조된 경화물을 가공하여 연마 패드를 구성하는 연마층을 제조하였다. 상기 연마층의 연마 면에서의 평균 포어 사이즈는 32 μm이었다. The prepared cured material was processed to produce a polishing layer constituting a polishing pad. The average pore size on the polished surface of the polishing layer was 32 μm.
<예 4><Example 4>
주조기를 이용하여 예 2의 우레탄 프리폴리머 100 kg, MOCA 29 kg, 불활성 기체인 N2 가스, 및 물리적 발포제로서 비점이 95 ℃인 발포제를 5000 rpm으로 회전하는 믹싱 헤드를 거쳐 토출하였다. 이 때, N2 가스는 MFC를 이용하여 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 10 부피%의 양으로 인가하였고, 물리적 발포제는 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 8 중량%로 인가하였다. Using a casting machine, 100 kg of the urethane prepolymer of Example 2, 29 kg of MOCA, N 2 gas as an inert gas, and a physical foaming agent with a boiling point of 95° C. were discharged through a mixing head rotating at 5000 rpm. At this time, N 2 gas was applied in an amount of 10% by volume based on the total volume of the crude polyurethane product to be formed using MFC, and the physical foaming agent was applied in an amount of 8% based on the total weight of the crude polyurethane product to be formed. It was applied as weight percent.
그 후, 얻어진 폴리우레탄 조생성물을 사각형의 주형에 주입하고, 1 분 동안 의 TFT를 제공하였다. 그 후, 30 분 동안 겔화한 후, 100℃ 오븐에서 20 시간 동안 경화시켰다. Thereafter, the obtained crude polyurethane product was injected into a square mold and subjected to TFT for 1 minute. Afterwards, it was gelled for 30 minutes and then cured in an oven at 100°C for 20 hours.
제조된 경화물을 가공하여 연마 패드를 구성하는 연마층을 제조하였다. 상기 연마층의 연마 면에서의 평균 포어 사이즈는 29 μm이었다. The prepared cured material was processed to produce a polishing layer constituting a polishing pad. The average pore size on the polished surface of the polishing layer was 29 μm.
<예 5><Example 5>
예 4에서와 유사한 방법으로 폴리우레탄 조생성물을 얻었다. 단, 본 예에서, N2 가스는 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 15 부피%의 양으로 인가하였고, 물리적 발포제는 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 6 중량%로 인가하였다. A crude polyurethane product was obtained in a similar manner to Example 4. However, in this example, N 2 gas was applied in an amount of 15% by volume based on the total volume of the crude polyurethane product to be formed, and the physical foaming agent was applied in an amount of 6% by weight based on the total weight of the crude polyurethane product to be formed. Approved as %.
그 후, 얻어진 폴리우레탄 조생성물을 예 4에서와 동일한 방법으로 처리하여 연마층을 제조하였다. 상기 연마층의 연마 면에서의 평균 포어 사이즈는 27 μm이었다. Thereafter, the obtained crude polyurethane product was treated in the same manner as in Example 4 to prepare a polishing layer. The average pore size on the polished surface of the polishing layer was 27 μm.
<예 6><Example 6>
예 4에서와 유사한 방법으로 폴리우레탄 조생성물을 얻었다. 단, 본 예에서, N2 가스는 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 18 부피%의 양으로 인가하였고, 물리적 발포제는 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 4 중량%로 인가하였다. A crude polyurethane product was obtained in a similar manner to Example 4. However, in this example, N 2 gas was applied in an amount of 18% by volume based on the total volume of the crude polyurethane product to be formed, and the physical foaming agent was applied in an amount of 4% by weight based on the total weight of the crude polyurethane product to be formed. Approved as %.
그 후, 얻어진 폴리우레탄 조생성물을 예 4에서와 동일한 방법으로 처리하여 연마층을 제조하였다. 상기 연마층의 연마 면에서의 평균 포어 사이즈는 24 μm이었다. Thereafter, the obtained crude polyurethane product was treated in the same manner as in Example 4 to prepare a polishing layer. The average pore size on the polished surface of the polishing layer was 24 μm.
<예 7><Example 7>
예 4에서와 유사한 방법으로 폴리우레탄 조생성물을 얻었다. 단, 본 예에서, N2 가스는 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 20 부피%의 양으로 인가하였고, 물리적 발포제는 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 2.0 중량%로 인가하였다. A crude polyurethane product was obtained in a similar manner to Example 4. However, in this example, N 2 gas was applied in an amount of 20% by volume based on the total volume of the crude polyurethane product to be formed, and the physical foaming agent was applied in an amount of 2.0% by weight based on the total weight of the crude polyurethane product to be formed. Approved as %.
그 후, 얻어진 폴리우레탄 조생성물을 예 4에서와 동일한 방법으로 처리하여 연마층을 제조하였다. 상기 연마층의 연마 면에서의 평균 포어 사이즈는 21 μm이었다. Thereafter, the obtained crude polyurethane product was treated in the same manner as in Example 4 to prepare a polishing layer. The average pore size on the polished surface of the polishing layer was 21 μm.
도 4a는 예 3에서 얻어진 연마층의 연마 면에서의 복수의 포어 이미지이고, 도 4b는 예 4에서 얻어진 연마층의 연마 면에서의 복수의 포어 이미지이다. FIG. 4A is an image of a plurality of pores on the polished surface of the polishing layer obtained in Example 3, and FIG. 4B is an image of a plurality of pores on the polished surface of the polishing layer obtained in Example 4.
도 4a 및 도 4b의 이미지들을 비교하면, 예 4에서 얻어진 연마층의 연마 면에서의 복수의 포어의 평균 사이즈가 더 작으며, 복수의 포어의 크기가 더 균일한 것을 알 수 있다. Comparing the images of FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the average size of the plurality of pores on the polished surface of the polishing layer obtained in Example 4 is smaller and the size of the plurality of pores is more uniform.
도 5a는 예 3에서 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 거치기 전(PRE-CMP)의 연마 면과 CMP 공정을 거친 후(POST-CMP)의 연마 면의 상태를 비교한 확대 사진들을 보여주는 도면이고, 도 5b는 예 4에서 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 거치기 전(PRE-CMP)의 연마 면과 CMP 공정을 거친 후(POST-CMP)의 연마 면의 상태를 비교한 확대 사진들을 보여주는 도면이다. Figure 5a is a view showing enlarged photographs comparing the states of the polished surface before the CMP process (PRE-CMP) and the polished surface after the CMP process (POST-CMP) using the polishing layer obtained in Example 3. , Figure 5b is a view showing enlarged photographs comparing the states of the polished surface before (PRE-CMP) and the polished surface after the CMP process (POST-CMP) using the polishing layer obtained in Example 4. am.
도 5a 및 도 5b를 비교하면, 예 4에서와 같이 4 가 이상의 관능기를 가진 폴리프로필렌글리콜을 혼합하여 폴리우레탄을 형성한 경우는, 예 3의 경우와 비교할 때 CMP 공정을 거친 후에도 연마층의 연마 면에서 노출되는 오픈 포어들의 형태가 양호하게 유지되고, 상기 오픈 포어들에서 글래이징 현상이 발생되지 않는 것을 확인할 수 있다. CMP 공정에서 연마층을 사용하는 라이프타임 동안에는 연마 성능이 일정하게 유지될 필요가 있다. 연마 패드의 연마층 중 연마 면에서 노출되는 복수의 오픈 포어가 막히고 글래이징 현상이 발생되면 CMP 공정이 진행됨에 따라 연마 성능이 점차 저하되어, 연마 패드의 사용 가능한 시간이 짧아지는 문제가 발생한다. 도 5b에 예시한 바와 같이 예 3에서 얻어진 연마층에서 오픈 포어들의 형태가 지속적으로 유지됨으로써 연마 패드의 연마 성능이 저하되지 않고 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 연마 패드의 라이프 타임이 증가될 수 있으며, 연마 패드의 교체 비용을 절감할 수 있다. Comparing FIGS. 5A and 5B, in the case where polyurethane is formed by mixing polypropylene glycol with a functional group of 4 or more as in Example 4, the polishing layer is polished even after the CMP process compared to the case of Example 3. It can be confirmed that the shape of the open pores exposed from the surface is maintained well, and that no glazing phenomenon occurs in the open pores. Polishing performance needs to remain constant during the lifetime of the polishing layer in the CMP process. If a plurality of open pores exposed on the polishing surface of the polishing layer of the polishing pad are clogged and a glazing phenomenon occurs, polishing performance gradually deteriorates as the CMP process progresses, causing the problem that the usable time of the polishing pad is shortened. As illustrated in FIG. 5B, the shape of the open pores in the polishing layer obtained in Example 3 is continuously maintained, so that the polishing performance of the polishing pad can be kept constant without deterioration. Accordingly, the life time of the polishing pad can be increased and the replacement cost of the polishing pad can be reduced.
도 6은 예 4 내지 예 7에 따라 얻어진 각각의 연마층을 연마 공정에 사용하기 전의 연마 면의 사진들로서, 각각의 연마 면에서 노출되는 복수의 오픈 포어의 상태를 보여주는 도면이다. Figure 6 is a photograph of the polished surface of each polishing layer obtained according to Examples 4 to 7 before using it in a polishing process, and is a view showing the state of a plurality of open pores exposed on each polished surface.
도 7은 다양한 점도를 가지는 우레탄 프리폴리머들을 제조한 후, 이들에 대하여 각각 불활성 기체를 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 5 부피%의 양으로 인가하고, 물리적 발포제로서 비점이 60 ℃인 발포제를 형성하고자 하는 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 10 중량%로 인가한 것을 제외하고, 예 4에서와 유사한 방법으로 연마층을 제조한 결과 얻어진 연마층에서의 평균 포어 사이즈 변화를 우레탄 프리폴리머의 점도에 따라 평가한 결과를 나타내는 그래프이다. Figure 7 shows that after preparing urethane prepolymers with various viscosities, an inert gas is applied to them in an amount of 5% by volume based on the total volume of the crude polyurethane product to be formed, and the boiling point is 60 ° C. as a physical foaming agent. The average pore size change in the polishing layer obtained as a result of manufacturing the polishing layer in a similar manner as in Example 4, except that 10% by weight was applied based on the total weight of the crude polyurethane product to form the phosphorus foaming agent. This is a graph showing the results evaluated according to the viscosity of the prepolymer.
도 7의 결과에서, 우레탄 프리폴리머의 점도가 20,000 cps(25℃)보다 높을 때 약 30 μm 이하의 포어가 형성되는 것을 알 수 있다. 단, 우레탄 프리폴리머의 점도가 40,000 cps(25℃) 이상일 때는 과중한 점도로 인해 실질적으로 취급 및 제어가 용이하지 않게 되는 문제가 있을 수 있다. 이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 연마층을 제조하는 데 있어서 점도가 40,000 cps(25℃) 이하인 우레탄 프리폴리머를 사용할 수 있다. From the results in Figure 7, it can be seen that when the viscosity of the urethane prepolymer is higher than 20,000 cps (25°C), pores of about 30 μm or less are formed. However, when the viscosity of the urethane prepolymer is more than 40,000 cps (25°C), there may be a problem that it is practically difficult to handle and control due to excessive viscosity. To prevent such problems, urethane prepolymer with a viscosity of 40,000 cps (25°C) or less can be used to manufacture the polishing layer.
도 8은 물리적 발포제의 비점에 따른 연마층에서의 평균 포어 사이즈 변화를 평가한 그래프이다. Figure 8 is a graph evaluating the change in average pore size in the polishing layer according to the boiling point of the physical foaming agent.
도 8의 평가를 위하여 서로 다른 비점을 가지는 물리적 발포제들(A 내지 E)을 사용한 것을 제외하고 예 4에서와 유사한 방법으로 얻어진 연마층들에서의 평균 포어 사이즈를 측정하고, 물리적 발포제의 비점에 따른 평균 포어 사이즈 변화를 평가하였다. 도 8에서, A는 n-펜탄 (비점 36.1 ℃), B는 PF-5056 (비점 60 ℃), C는 PF-5058 (비점 80 ℃), D는 C4F9NO (비점 95 ℃), E는 메틸 셀로솔브 (비점 124 ℃), 그리고 F는 시클로헥사논 (비점 154 ℃)이다. For the evaluation of FIG. 8, the average pore size in the polishing layers obtained in a similar manner as in Example 4 was measured, except that physical foaming agents (A to E) having different boiling points were used, and the average pore size was measured according to the boiling point of the physical foaming agent. The average pore size change was evaluated. In Figure 8, A is n-pentane (boiling point 36.1°C), B is PF-5056 (boiling
도 8의 결과에서, 발포제 비점이 약 60 ℃ 이상인 경우, 약 30 μm 이하의 평균 포어 사이즈를 가지는 복수의 포어를 형성할 수 있으며, 연마층에 형성되는 복수의 포어의 평균 사이즈는 약 21 μm까지 감소될 수 있음을 알 수 있다. 발포제 비점이 150 ℃를 초과하는 경우에는 발포 속도의 저하로 인해 반응 시간이 상당히 길어지고 발포에 의해 생성되는 포어 개수가 줄어들어 연마 패드의 슬러리 포집 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다. 이와 같은 문제를 방지하기 위하여, 물리적 발포제로서 약 150℃ 이하의 비점을 가지는 발포제를 이용할 수 있다. From the results of FIG. 8, when the boiling point of the foaming agent is about 60°C or higher, a plurality of pores having an average pore size of about 30 μm or less can be formed, and the average size of the plurality of pores formed in the polishing layer is up to about 21 μm. It can be seen that it can be reduced. If the boiling point of the foaming agent exceeds 150°C, the reaction time becomes significantly longer due to a decrease in the foaming rate, and the number of pores generated by foaming decreases, which may result in a decrease in the slurry collection efficiency of the polishing pad. To prevent such problems, a foaming agent having a boiling point of about 150°C or lower can be used as a physical foaming agent.
도 9는 불활성 기체의 함량 및 물리적 발포제의 함량에 따라 연마층에 형성되는 복수의 포어의 평균 포어 사이즈 변화를 평가한 그래프이다. Figure 9 is a graph evaluating the change in average pore size of a plurality of pores formed in the polishing layer depending on the content of the inert gas and the content of the physical foaming agent.
도 9의 평가에서, 불활성 기체의 함량은 연마층의 제조 과정에서 얻어지는 폴리우레탄 조생성물의 총 부피를 기준으로 하는 부피%를 나타내고, 물리적 발포제의 함량은 연마층의 제조 과정에서 얻어지는 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 하는 중량%를 나타낸다. In the evaluation of Figure 9, the content of the inert gas represents the volume percent based on the total volume of the crude polyurethane product obtained during the manufacturing process of the polishing layer, and the content of the physical foaming agent represents the crude polyurethane product obtained during the manufacturing process of the polishing layer. It represents weight percent based on the total weight.
도 9의 결과로부터, 불활성 기체와 저비점 발포제의 비율이 달라짐에 따라 연마층에 형성되는 복수의 포어의 평균 포어 사이즈가 변동되는 것을 알 수 있다. 특히, 불활성 기체의 함량이 약 5 부피% 이상이고, 물리적 발포제의 함량이 약 10 중량% 이하일 때 약 31 μm 이하의 평균 포어 사이즈를 가지는 복수의 포어를 형성할 있음을 알 수 있다. From the results in FIG. 9, it can be seen that the average pore size of a plurality of pores formed in the polishing layer changes as the ratio of the inert gas and the low boiling point foaming agent changes. In particular, it can be seen that when the content of the inert gas is about 5% by volume or more and the content of the physical blowing agent is about 10% by weight or less, a plurality of pores having an average pore size of about 31 μm or less can be formed.
불활성 기체의 함량이 30 부피%를 초과하는 경우, 연마 패드의 비중이 낮아져서 연마 패드의 연마 효율이 저하될 수 있다. 따라서, 불활성 기체의 함량을 30 부피% 이하로 설정할 수 있다. 물리적 발포제의 함량이 0.1 중량% 미만인 경우, 물리적 발포제에 의한 영향이 미미하여, 균일하고 미세하게 분포되는 복수의 포어가 형성되기 어렵고, 약 31 μm를 초과하는 사이즈의 포어들이 주로 형성될 수 있다. 따라서, 물리적 발포제의 함량이 적어도 0.1 중량%로 되도록 설정할 수 있다. If the content of the inert gas exceeds 30% by volume, the specific gravity of the polishing pad may decrease and the polishing efficiency of the polishing pad may decrease. Therefore, the content of inert gas can be set to 30% by volume or less. When the content of the physical foaming agent is less than 0.1% by weight, the influence of the physical foaming agent is minimal, so it is difficult to form a plurality of uniformly and finely distributed pores, and pores with a size exceeding about 31 μm may be mainly formed. Therefore, the content of the physical foaming agent can be set to at least 0.1% by weight.
도 10a는 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 사용하여 텅스텐(W) 막을 약 1 시간 동안 연마하였을 때의 텅스텐 막의 연마 속도를 평가한 그래프이고, 도 10b는 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 사용하여 텅스텐 막을 연마할 때의 라이프타임 특성을 평가한 그래프이다. FIG. 10A is a graph evaluating the polishing rate of the tungsten (W) film when the tungsten (W) film was polished for about 1 hour using the polishing layers obtained in Examples 3 and 4, respectively, and FIG. 10B is a graph evaluating the polishing rate of the tungsten (W) film obtained in Examples 3 and 4, respectively. This is a graph evaluating the lifetime characteristics when polishing a tungsten film using a polishing layer.
도 11a는 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 사용하여 실리콘 산화막을 약 1 시간 동안 연마하였을 때의 실리콘 산화막의 연마 속도를 평가한 그래프이고, 도 11b는 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 사용하여 실리콘 산화막을 연마할 때의 라이프타임 특성을 평가한 그래프이다. FIG. 11A is a graph evaluating the polishing rate of the silicon oxide film when the silicon oxide film was polished for about 1 hour using the polishing layers obtained in Examples 3 and 4, respectively, and FIG. 11B is a graph evaluating the polishing rate of the silicon oxide film obtained in Examples 3 and 4, respectively. This is a graph evaluating the lifetime characteristics when polishing a silicon oxide film using layers.
도 10a 내지 도 11b의 결과로부터, 예 4에서와 같이 물리적 발포제 및 불활성 기체를 혼용하여 제조된 연마층을 사용하여 텅스텐 막 및 실리콘 산화막을 각각 연마한 경우는 예 3에서와 같이 물리적 발포제 및 불활성 기체 중 불활성 기체만을 사용한 경우에 비해 우수한 연마 특성 및 우수한 라이프타임 특성을 나타내는 것을 알 수 있다. From the results of FIGS. 10A to 11B, when the tungsten film and the silicon oxide film were respectively polished using a polishing layer prepared by mixing a physical foaming agent and an inert gas as in Example 4, the physical foaming agent and an inert gas were used as in Example 3. It can be seen that it exhibits excellent polishing characteristics and excellent lifetime characteristics compared to the case where only a medium inert gas is used.
도 12a는 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 수행한 후, 각각의 연마층의 연마 면에서의 표면 거칠기를 해당 연마 면의 거칠기 곡선 요소의 평균 길이 (Rsm: mean width of profile elements)를 이용하여 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 12a shows the surface roughness on the polished surface of each polished layer after performing a CMP process using the polished layers obtained in Examples 3 and 4, respectively, as the average length (Rsm: mean width) of the roughness curve elements of the corresponding polished surface. This is a graph showing the results of evaluation using profile elements.
도 12a의 평가를 위하여, 웨이퍼 상에 연마 정지막으로서 실리콘 산화막을 형성하고, 상기 연마 정지막 위에 텅스텐 막을 형성한 후, 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층과 텅스텐 연마용 슬러리를 이용하여 상기 텅스텐 막에 대하여 약 1 시간 동안 CMP 공정을 수행하고, 상기 텅스텐 막이 CMP 공정에 의해 제거됨에 따라 노출되는 연마 정지막에 대하여도 연속적으로 상기 연마층 및 상기 텅스텐 연마용 슬러리를 이용하여 CMP 공정을 수행한 후, 각각의 연마층의 연마 면에서의 표면 거칠기를 평가하였다. For the evaluation of FIG. 12A, a silicon oxide film was formed as a polishing stop film on the wafer, a tungsten film was formed on the polishing stop film, and then the polishing layer and the tungsten polishing slurry obtained in Examples 3 and 4 were used, respectively. A CMP process is performed on the tungsten film for about 1 hour, and the polishing stop film exposed as the tungsten film is removed by the CMP process is continuously performed using the polishing layer and the tungsten polishing slurry. After that, the surface roughness on the polished surface of each polishing layer was evaluated.
도 12b는 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 이용하여 CMP 공정을 수행한 후, 상기 CMP 공정 중에 연마층의 연마 면으로부터 분리되어 나온 연마 패드 잔해들(debris)의 평균 사이즈를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 12b shows the results of evaluating the average size of polishing pad debris separated from the polishing surface of the polishing layer during the CMP process after performing a CMP process using the polishing layers obtained in Examples 3 and 4, respectively. This is a graph showing .
도 12b의 평가를 위하여, 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층의 표면을 순수(deionized water)를 이용하여 컨디셔닝(conditioning) 하고, 웨이퍼 상의 실리콘 산화막에 대하여 약 1 시간 동안 CMP 공정을 수행한 후, CMP 공정 중에 각각의 연마층의 연마 면으로부터 분리되어 나온 연마 패드 잔해들의 평균 사이즈를 측정하였다. For the evaluation of Figure 12b, the surfaces of the polishing layers obtained in Examples 3 and 4 were conditioned using deionized water, and a CMP process was performed on the silicon oxide film on the wafer for about 1 hour. , the average size of the polishing pad debris separated from the polishing surface of each polishing layer during the CMP process was measured.
도 12c는 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 사용하여 CMP 공정을 수행한 후, 웨이퍼 상에 남아 있는 연마 대상 막 표면에 형성된 스크레치들의 개수를 평가한 결과를 나타낸 그래프이다. Figure 12c is a graph showing the results of evaluating the number of scratches formed on the surface of the film to be polished remaining on the wafer after performing the CMP process using the polishing layers obtained in Examples 3 and 4, respectively.
도 12c의 평가를 위하여, 예 3 및 예 4에서 각각 얻어진 연마층을 사용하여 60 매의 웨이퍼 상에 각각 형성된 실리콘 산화막에 대하여 약 1 시간 동안 CMP 공정을 수행한 후, 상기 60 매의 웨이퍼 상에 잔류하는 실리콘 산화막의 연마된 표면에 형성된 스크레치들의 개수의 평균값을 구하였다. For the evaluation of FIG. 12C, a CMP process was performed for about 1 hour on the silicon oxide film formed on each of the 60 wafers using the polishing layers obtained in Examples 3 and 4, respectively, and then a CMP process was performed on the 60 wafers. The average value of the number of scratches formed on the polished surface of the remaining silicon oxide film was calculated.
도 12a 내지 도 12c의 결과로부터, 예 4에서 얻어진 연마층을 사용한 경우에는 예 3에서 얻어진 연마층을 사용한 경우에 비해 CMP 공정의 효율이 더 우수한 것을 확인할 있다. 특히, 도 12a의 결과에서와 같이 예 4에서 얻어진 연마층을 이용하여 연마한 후 상기 연마층의 연마 면에서 얻어지는 Rsm 값이 작은 경우, 도 12b에 예시한 바와 같이 CMP 공정 중 연마 패드의 마모에 의해 발생하는 연마 패드 잔해들의 크기가 감소되고, 또한 도 12c에 예시한 바와 같이 연마 대상물의 연마된 표면에서도 스크레치들의 개수가 감소되는 것을 확인할 수 있다. From the results of FIGS. 12A to 12C, it can be seen that when the polishing layer obtained in Example 4 was used, the efficiency of the CMP process was more excellent than when the polishing layer obtained in Example 3 was used. In particular, as shown in the results of FIG. 12a, when the Rsm value obtained on the polished surface of the polishing layer is small after polishing using the polishing layer obtained in Example 4, as illustrated in FIG. 12b, wear of the polishing pad during the CMP process occurs. It can be seen that the size of the polishing pad debris generated by the polishing pad is reduced, and the number of scratches is also reduced on the polished surface of the polishing object, as illustrated in FIG. 12C.
예 4에서와 같이 물리적 발포제 및 불활성 기체를 혼용하여 제조된 연마층을 사용하여 텅스텐 막을 각각 연마한 경우는 연마층 내에 형성되는 복수의 포어의 평균 사이즈가 작고 비교적 균일한 크기로 형성되어 포어들 간의 거리가 짧아질 수 있다. 따라서, 물리적 발포제 및 불활성 기체 중 불활성 기체 만을 사용하여 연마층을 제조한 예 3의 경우에 비해 Rsm 값을 낮추어 표면 거칠기를 개선할 수 있다. 이에 따라, 도 12a 내지 도 12c에서 확인할 수 있는 바와 같이 CMP 공정의 효율을 높이는 결과를 얻을 수 있다. As in Example 4, when each tungsten film is polished using a polishing layer prepared by mixing a physical foaming agent and an inert gas, the average size of the plurality of pores formed in the polishing layer is small and relatively uniform in size, so that there is a gap between the pores. The distance may be shortened. Therefore, compared to Example 3, where the polishing layer was manufactured using only an inert gas among the physical foaming agent and the inert gas, the Rsm value can be lowered to improve the surface roughness. Accordingly, as can be seen in FIGS. 12A to 12C, the result of increasing the efficiency of the CMP process can be obtained.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 방법에 의해 제조된 연마 패드를 사용하여 집적회로 소자를 제조할 때, CMP 공정시 비교적 균일하고 미세한 크기로 연마 슬러리를 포집하여 연마 성능 및 평탄화 성능을 극대화함으로써 미세화된 집적회로 소자의 제조 공정에서 CMP 공정의 신뢰도를 향상시킬 수 있고, 연마 패드의 라이프타임이 증가되고 연마 패드 교체 비용을 절감함으로써 집적회로 소자의 제조 단가를 낮출 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시예들에 따른 방법에 의해 제조된 연마 패드를 이용하여 CMP 공정을 수행함으로써 집적회로 소자의 생산성을 향상시킬 수 있다. When manufacturing an integrated circuit device using a polishing pad manufactured by a method according to the embodiments of the present invention, the polishing slurry is collected in a relatively uniform and fine size during the CMP process to improve polishing performance and planarization performance. By maximizing it, the reliability of the CMP process can be improved in the manufacturing process of miniaturized integrated circuit devices, and the manufacturing cost of integrated circuit devices can be lowered by increasing the life time of the polishing pad and reducing polishing pad replacement costs. Accordingly, the productivity of integrated circuit devices can be improved by performing a CMP process using a polishing pad manufactured by the method according to the embodiments of the present invention.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. Above, the present invention has been described in detail with preferred embodiments, but the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications and changes can be made by those skilled in the art within the technical spirit and scope of the present invention. This is possible.
100: 연마 패드, 110: 지지층, 120: 연마층, 122: 폴리머 매트릭스, 126: 포어, 126A: 오픈 포어, 128: 연마 면, 200: 연마 장치, 202: 플레이튼, 204: 헤드. 100: polishing pad, 110: support layer, 120: polishing layer, 122: polymer matrix, 126: pore, 126A: open pore, 128: polishing surface, 200: polishing device, 202: platen, 204: head.
Claims (20)
우레탄 프리폴리머와 경화제를 반응시켜 반응물을 형성하는 단계와,
상기 반응물에 물리적 발포제 및 불활성 기체를 순차적으로 인가하고 상기 반응물을 혼합하여 폴리우레탄 조생성물(crude product)을 형성하는 단계와,
상기 불활성 기체에 의해 상기 물리적 발포제의 기화를 억제하면서 상기 폴리우레탄 조생성물에서 발생되는 반응열을 이용하여 상기 물리적 발포제를 기화시키는 단계와,
상기 폴리우레탄 조생성물을 겔화하는 단계와,
상기 겔화된 폴리우레탄 조생성물을 경화시켜 복수의 포어를 포함하는 다공성 폴리우레탄 연마층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 물리적 발포제는 시클로헥사논 (cyclohexanone), 퍼플루오로모르폴린 화합물 (perfluoromorpholine compounds), Novec 1230 (perfluoro(2-methyl-3-pentanone: C6F12O), 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. forming a urethane prepolymer,
reacting a urethane prepolymer and a curing agent to form a reactant;
sequentially applying a physical blowing agent and an inert gas to the reactants and mixing the reactants to form a crude polyurethane product;
vaporizing the physical foaming agent using reaction heat generated from the crude polyurethane product while suppressing vaporization of the physical foaming agent with the inert gas;
gelling the crude polyurethane product;
Curing the gelled crude polyurethane product to form a porous polyurethane polishing layer including a plurality of pores,
The physical foaming agent is characterized in that it consists of cyclohexanone, perfluoromorpholine compounds, Novec 1230 (perfluoro(2-methyl-3-pentanone: C 6 F 12 O), or a combination thereof. A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing integrated circuit elements.
상기 우레탄 프리폴리머를 형성하는 단계에서, 상기 우레탄 프리폴리머는 25 ℃에서 20,000 ∼ 40,000 cps의 점도를 가지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
In the step of forming the urethane prepolymer, the urethane prepolymer is formed to have a viscosity of 20,000 to 40,000 cps at 25°C.
상기 우레탄 프리폴리머를 형성하는 단계는 서로 다른 구조를 가지는 복수의 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 반응시키는 단계를 포함하고,
상기 복수의 폴리올은 적어도 4 개의 -OH 기를 가지는 적어도 하나의 폴리올을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
The step of forming the urethane prepolymer includes reacting a plurality of polyols having different structures with an isocyanate compound,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, wherein the plurality of polyols include at least one polyol having at least 4 -OH groups.
상기 복수의 폴리올은 각각 500 ∼ 10,000의 수 평균 분자량(Mn)을 가지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 3,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, wherein the plurality of polyols each have a number average molecular weight (Mn) of 500 to 10,000.
상기 복수의 폴리올은 각각 폴리프로필렌글리콜, 폴리우레탄, 폴리에테르, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리아크릴, 폴리카보네이트, 폴리에틸렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 클로라이드, 폴리에틸렌 이민, 폴리에테르 술폰, 폴리에테르 이미드, 폴리케톤, 멜라민, 나일론, 및 불화탄화수소 화합물로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 3,
The plurality of polyols are polypropylene glycol, polyurethane, polyether, polyester, polysulfone, polyacrylic, polycarbonate, polyethylene, polymethyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl chloride, polyethylene imine, and polyether sulfone. A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, characterized in that the polishing pad is selected from polyether imide, polyketone, melamine, nylon, and fluorohydrocarbon compounds.
상기 우레탄 프리폴리머를 형성하는 단계는 서로 다른 구조를 가지는 복수의 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 반응시켜 미반응된 -NCO 기를 가지는 상기 우레탄 프리폴리머를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 반응물을 형성하는 단계는 상기 우레탄 프리폴리머의 상기 미반응된 -NCO 기와 상기 경화제를 반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
The step of forming the urethane prepolymer includes reacting a plurality of polyols having different structures with an isocyanate compound to form the urethane prepolymer having an unreacted -NCO group,
The step of forming the reactant includes reacting the unreacted -NCO group of the urethane prepolymer with the curing agent.
상기 물리적 발포제는 60 ∼ 150 ℃의 비점을 가지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, characterized in that the physical foaming agent has a boiling point of 60 to 150 ° C.
상기 불활성 기체는 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, N2, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, characterized in that the inert gas is made of He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, N 2 , or a combination thereof.
상기 폴리우레탄 조생성물을 형성하는 단계는
상기 반응물에 액상(液相)의 상기 물리적 발포제를 혼합하여 예비 배합물을 형성하는 단계와,
상기 예비 배합물에 상기 불활성 기체를 인가하면서 상기 예비 배합물을 혼합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
The step of forming the crude polyurethane product is
mixing the physical foaming agent in liquid phase with the reactant to form a preliminary blend;
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, comprising the step of mixing the preliminary blend while applying the inert gas to the preliminary blend.
상기 예비 배합물을 형성하는 단계에서, 상기 물리적 발포제는 상기 폴리우레탄 조생성물의 총 중량을 기준으로 0.1 ∼ 10 중량%의 양으로 상기 반응물에 인가되는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to clause 11,
In the step of forming the preliminary blend, the physical foaming agent is applied to the reactant in an amount of 0.1 to 10% by weight based on the total weight of the crude polyurethane product. Method for producing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, characterized in that .
상기 우레탄 프리폴리머를 형성하는 단계는 서로 다른 구조를 가지는 복수의 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 반응시키는 단계를 포함하고,
상기 복수의 폴리올은 적어도 4 개의 -OH 기를 가지는 적어도 하나의 폴리올을 상기 우레탄 프리폴리머의 총 중량을 기준으로 1 ∼ 30 중량%의 양으로 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
The step of forming the urethane prepolymer includes reacting a plurality of polyols having different structures with an isocyanate compound,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, wherein the plurality of polyols include at least one polyol having at least 4 -OH groups in an amount of 1 to 30% by weight based on the total weight of the urethane prepolymer.
상기 반응물을 형성하는 단계는 상기 우레탄 프리폴리머와 상기 경화제와의 반응에 따른 가교 결합에 의해 3 차원 망상 구조의 폴리우레탄을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
The step of forming the reactant includes forming a polyurethane with a three-dimensional network structure by cross-linking following a reaction between the urethane prepolymer and the curing agent.
상기 다공성 폴리우레탄 연마층을 가공하여 복수의 포어가 노출되는 연마 면을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to paragraph 1,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, further comprising processing the porous polyurethane polishing layer to form a polishing surface where a plurality of pores are exposed.
상기 우레탄 프리폴리머, 경화제, 비점이 60 ∼ 150 ℃인 물리적 발포제, 및 불활성 기체를 사용하여 폴리우레탄 조생성물(crude product)을 형성하는 단계와,
상기 불활성 기체에 의해 상기 물리적 발포제의 기화를 억제하면서 상기 폴리우레탄 조생성물에서 발생되는 반응열을 이용하여 상기 물리적 발포제를 기화시키는 단계와,
상기 폴리우레탄 조생성물을 겔화하는 단계와,
상기 겔화된 폴리우레탄 조생성물을 경화시켜 복수의 포어를 포함하는 다공성 폴리우레탄 연마층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 물리적 발포제는 시클로헥사논 (cyclohexanone), 퍼플루오로모르폴린 화합물 (perfluoromorpholine compounds), Novec 1230 (perfluoro(2-methyl-3-pentanone: C6F12O), 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. forming a urethane prepolymer having a viscosity of 20,000 to 40,000 cps at 25°C;
forming a crude polyurethane product using the urethane prepolymer, a curing agent, a physical foaming agent having a boiling point of 60 to 150° C., and an inert gas;
vaporizing the physical foaming agent using reaction heat generated from the crude polyurethane product while suppressing vaporization of the physical foaming agent with the inert gas;
gelling the crude polyurethane product;
Curing the gelled crude polyurethane product to form a porous polyurethane polishing layer including a plurality of pores,
The physical foaming agent is characterized in that it consists of cyclohexanone, perfluoromorpholine compounds, Novec 1230 (perfluoro(2-methyl-3-pentanone: C 6 F 12 O), or a combination thereof. A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing integrated circuit elements.
상기 우레탄 프리폴리머를 형성하는 단계는
서로 다른 구조를 가지는 복수의 폴리올과 이소시아네이트 화합물을 반응시키는 단계를 포함하고,
상기 복수의 폴리올은 적어도 4 개의 -OH 기를 가지는 적어도 하나의 폴리올을 포함하는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to clause 17,
The step of forming the urethane prepolymer is
Comprising the step of reacting a plurality of polyols having different structures with an isocyanate compound,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, wherein the plurality of polyols include at least one polyol having at least 4 -OH groups.
상기 불활성 기체는 He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, N2, 또는 이들의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 집적회로 소자 제조용 연마 패드의 제조 방법. According to clause 17,
A method of manufacturing a polishing pad for manufacturing an integrated circuit device, characterized in that the inert gas is made of He, Ne, Ar, Kr, Xe, Rn, N 2 , or a combination thereof.
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