KR100804344B1 - 연마 패드 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 웨이퍼의 표면을 단시간에 균일하게 평탄화할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다. 고압축 회복률을 갖고 저압축률을 갖는 경질의 연마 패드이다. 연마 패드(10)는 합성 수지의 무발포체로 이루어지는 시트형의 패드 본체(11)로 구성된다. 패드 본체의 쇼어 D 경도는 66.0 내지 78.5의 범위, 바람직하게는 70.0 내지 78.5의 범위, 보다 바람직하게는 70.0 내지 78.0의 범위, 더 바람직하게는 72.0 내지 76.0의 범위에 있다. 패드 본체의 압축률은 4 ％ 이하의 범위에 있고, 바람직하게는 2 ％ 이하의 범위에 있다. 패드 본체의 압축 회복률은 50 ％ 이상의 범위, 바람직하게는 70 ％ 이상의 범위에 있다.
연마 패드, 연마 헤드, CMP 장치, 노즐, 웨이퍼
Description
본 발명은 반도체 웨이퍼, 자기 헤드 디스크 기판 등과 같이 표면에 높은 평탄성이 요구되는 연마 대상물의 연마에 사용되는 연마 패드에 관한 것으로, 특히 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서의 웨이퍼의 평탄화(planarization)에 사용하는 데 적합한 연마 패드에 관한 것이다.
반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 트랜지스터, 콘덴서, 저항 등의 소자를 서로 접속하는 금속 배선층이 다층화되어 있다. 이 다층 배선화는 일반적으로 광 리소그래피 기술이나 다마신 기법을 이용하여 행해지고 있다. 광 리소그래피 기술에서는 배선 패턴을 노광하여 금속 배선을 적층화하고 있지만, 금속 배선층 등의 위에 층간 절연막을 퇴적할 때에 디바이스의 표면에 단차가 생기고, 이 단차에 의한 디바이스 표면의 요철이 노광의 초점 심도보다도 커지면, 패턴의 폭이나 형상의 정밀도가 저하되고, 그 결과, 반도체 디바이스의 수율이 저하된다는 문제가 생긴다(환언하면, 상기한 단차에 의해 형성된 디바이스의 표면의 요철을 작게 함으로써 광 리소그래피의 노광 마진을 확보할 수 있고, 배선층의 미세한 패터닝이나 에칭 등을 고정밀도이고 또한 용이하게 행할 수 있고, 반도체 디바이스의 수율을 향상시킬 수 있음). 또한, 다마신 기법에서는 절연막 상에 배선 홈을 형성한 후에 배선 금속(Cu)을 퇴적하고, 연마에 의해 홈 내에만 배선 금속을 남기고 다층 배선을 형성하고 있지만, 연마에 의해 금속 배선의 중앙이 얇아지는(dishing) 문제가 생긴다. 이로 인해, 반도체 디바이스의 제조 프로세스에 있어서, 디바이스의 표면의 평탄화가 중요한 공정으로 되어 있다.
이 평탄화는 화학 기계적 연마(CMP : Chemical Mechanical Polishing)(이하, CMP라 함) 기술을 이용하여 행해지고 있다. 이 CMP는 디바이스의 표면을 가공액으로 화학적으로 용해하는 동시에, 지립으로 기계적으로 깎는, 즉 가공액에 의한 화학적인 용법 작용과 지립에 의한 기계적인 제거 작용을 더불어 갖는 연마 기술이고, 가공 변질층(가공에 의해 생긴 내부와 다른 표면의 부분)이 생기는 일이 거의 없으므로, 널리 이용되고 있는 연마 기술이다.
이 CMP에 의한 평탄화는 연마 패드를 부착한 정반(또는 플래튼)을 회전시키고, 연마 패드의 표면에 실리카, 알루미나, 산화세륨, 지르코니아 등의 입자로부터 선택되는 미소한 지립을 알칼리성 또는 산성의 가공액 중에 분산시킨 슬러리를 공급하고, 이 위에 연마 헤드(또는 캐리어)에 부착한 웨이퍼의 표면(즉, 디바이스의 표면)을 압박하여 행해진다.
일반적으로, 연마 패드로서, 내부에 발포 시에 거품에 의해 형성된 다수의 공극을 갖는 폴리우레탄 등의 발포체로 이루어지는 발포체 패드(예를 들어, 롬 앤 허스 일렉트로닉 매터리얼즈 CMP 홀딩스 인코포레이티드로부터 입수 가능한 제품 번호 IC1000)가 사용되고 있다.
그러나, 발포체 패드는 압축이 용이하고, 변형되기 쉽기 때문에(고압축률), 탄성 변형하여 디바이스 표면의 오목부에 인입되고, 평탄화의 과정에서 오목부 내를 깎아 잔류 단차를 발생시킨다. 또한, 발포체 패드에서는 패드 내부의 공극의 밀도에 불균일이 있으므로, 웨이퍼 표면을 패드 표면에 일정한 연마 압력으로 압박해도 이 연마 압력에 대한 패드의 반발력이 불균일이 되어 패드 표면을 웨이퍼 표면에 걸쳐서 균일하게 작용시킬 수 없고, 웨이퍼 표면을 균일하게 연마할 수 없다. 이로 인해, 웨이퍼 면내 각 점에서의 연마량에 변동이 생긴다.
이로 인해, 비교적 압축 변형하기 어려운 경질의 연마 패드, 즉 폴리우레탄 등의 합성 수지를 무발포로 경화시킨 패드(이하, 무발포체 패드라 함)가 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 이 무발포체 패드는 압축하기 어렵고(저압축률), 압축에 의한 변형으로부터의 회복이 느리기 때문에(저압축 회복률)(즉, 탄성 반발력이 작음), 탄성 변형에 의한 디바이스 표면의 오목부로의 인입과 오목부 내의 깎임이 감소하고, 이에 의해 잔류 단차의 발생을 저감시킬 수 있었다. 또한, 이 무발포체 패드에서는 발포체 패드와 비교하여 연마율이 현저하게 저하되기 때문에, 패드 표면에 홈 패턴을 형성하여 연마율을 향상시키고 있다.
특허문헌 1 : 일본 특허 공표 2004-507077호 공보
그러나, 상기와 같이 패드 표면에 홈 패턴을 형성한 것만으로는 상기한 발포체 패드와 동일한 정도의 연마율을 달성하는 것만 가능하고, 보다 높은 연마율을 달성할 수 없다.
또한, 이와 같은 무발포체 패드에서는 내부에 공극이 형성되어 있지 않으므로, 연마 압력에 대한 패드의 반발력이 웨이퍼 표면에 걸쳐서 균일해지고, 패드 표면을 웨이퍼 표면에 걸쳐서 균일하게 작용시킬 수 있다고 판단되었지만, 압축 회복률이 낮기 때문에, 디바이스 표면의 요철에 추종하기 어렵고, 웨이퍼 면내 각 점에서 패드의 탄성 반발력에 변동이 생기고, 이로 인해 패드 표면을 웨이퍼 표면에 걸쳐서 균일하게 작용시킬 수 없고, 웨이퍼 면내 각 점에서의 연마량에 변동이 생겨 웨이퍼의 표면을 균일하게 연마할 수 없다.
따라서, 본 발명의 목적은 웨이퍼의 표면(즉, 디바이스의 표면)을 단시간에 균일하게 평탄화할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것이다.
상기와 같이, 무발포체로 이루어지는 연마 패드에 있어서, 그 압축 회복률을 낮게 하면, 피연마물(웨이퍼)의 면내 각 점에서의 연마량에 변동이 생기고, 한편 압축 회복률을 높게 하면 탄성 반발력이 커져 잔류 단차가 생긴다는 문제가 생긴다고 판단되었지만, 본 발명의 발명자는 예의 연구한 결과, 높은 압축 회복률을 갖는 낮은 압축률의 무발포체 패드에 있어서, 경도(본 발명에서는, 쇼어 D 경도를 이용하여 경도를 나타냄)를 최적화함으로써 잔류 단차를 저감시킬 수 있고, 높은 연마율로 균일하게 평탄화할 수 있는 것을 발견하였다.
상기 목적을 달성하는 본 발명의 연마 패드는 합성 수지의 무발포체로 이루어지는 시트형의 패드 본체로 구성된다.
패드 본체의 쇼어 D 경도는 66.0 내지 78.5의 범위, 바람직하게는 70.0 내지 78.5의 범위, 보다 바람직하게는 70.0 내지 78.0의 범위, 더 바람직하게는 72.0 내지 76.0의 범위에 있다.
패드 본체의 압축률은 4 ％ 이하의 범위, 바람직하게는 2 ％ 이하의 범위에 있다.
패드 본체의 압축 회복률은 50 ％ 이상의 범위, 바람직하게는 70 ％ 이상의 범위에 있다.
패드 본체는 그 표면에 수막 현상(hydroplane)을 저감시키기 위해, 홈 가공을 실시해도 좋고, 패드 본체의 표면에 형성되는 홈의 부분의 영역(패드 본체의 표면을 평면에서 보았을 때의 홈의 영역)이 패드 본체의 표면의 전체 영역에 대해 점유하는 비율은 패드 본체의 표면의 전체 영역을 100 ％로 하고, 10 ％ 내지 50 ％의 범위에 있다.
또한, 본 발명에서는 연마 패드의 피연마면으로의 추종성을 향상시키기 위해, 패드 본체의 이면에 백킹 시트(backing sheet)를 고정해도 좋고, 이 백킹 시트로서, 패드 본체의 쇼어 D 경도보다도 낮은 경도이고, 패드 본체의 압축률보다도 높은 압축률의 탄성 시트가 사용된다.
또한, 패드 본체는 광을 투과해도 좋고, 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위에 있는 패드 본체의 두께에 있어서, 350 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위의 파장 영역에 있는 광의 패드 본체의 광투과율이 10 ％ 이상의 범위에 있고, 바람직하게는 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위에 있는 패드 본체의 두께에 있어서, 450 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위의 파장 영역에 있는 광의 패드 본체의 광투과율이 30 ％ 이상의 범위에 있다.
본 발명이 이상과 같이 구성되므로, 웨이퍼의 표면(즉, 디바이스의 표면)을 높은 연마율(단시간)로 웨이퍼 면내 각 점에서의 연마량에 변동이 생기게 하지 않고(균일하게) 잔류 단차를 저감(평탄화)시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.
도1의 (A) 및 도1의 (B)는 본 발명에 따른 연마 패드의 단면도이다.
도2의 (A) 및 도2의 (B)는 연마 장치를 도시하는 도면이다.
도3의 (A)는 제3 실시예 및 제3 비교예의 연마량에 대한 단차의 플롯이고, 도3의 (B)는 제1, 제2, 제4 실시예 및 제2, 제3 비교예의 연마량에 대한 단차의 플롯이다.
도4의 (A)는 제1 내지 제4 실시예 및 제1, 제2 비교예의 쇼어 D 경도에 대한 연마율의 플롯과 제3 비교예의 연마율이고, 제1 내지 제4 실시예 및 제1, 제2 비교예의 쇼어 D 경도에 대한 면내 균일성의 플롯과 제3 비교예의 면내 균일성이다.
도5는 도4의 (A)와 도4의 (B)의 합성도이다.
<부호의 설명>
10 : 연마 패드
11 : 패드 본체
12 : 접착제
13 : 백킹 시트
20 : CMP 장치
21, 21' : 정반
22 : 연마 헤드
23 : 노즐
24 : 광원 모니터
25 : 조사광, 반사광
26 : 웨이퍼
도1의 (A)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연마 패드(10)는 시트형의 패드 본체(11)로 구성된다.
패드 본체(11)는 폴리에스테르계, 폴리우레탄계, 폴리프로필렌계, 나일론계, 아크릴계, 에폭시계 등의 이미 알려진 열가소성 또는 열경화성의 수지로부터 선택되는 합성 수지의 무발포체로 이루어진다.
패드 본체(11)는 합성 수지에 경화제를 첨가하여 조제한 수지 용액을 금형에 투입하고, 금형 내에서 이를 경화시켜 무발포체의 블럭을 성형하고, 이를 원하는 두께로 얇게 하여 제조할 수 있다. 또한, 압출 성형, 사출 성형 등의 이미 알려진 시트 성형 기술을 이용하여 제조해도 좋다.
패드 본체(11)의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 적절하게 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위에 있다.
패드 본체(11)의 쇼어 D 경도(JIS-L-1096을 기초로 하는 쇼어 D 경도계에 의한 측정치)는 23±3 ℃의 온도 하에 있어서의 측정에 있어서, 66.0 내지 78.5의 범위, 바람직하게는 70.0 내지 78.5의 범위, 보다 바람직하게는 70.0 내지 78.0의 범위, 더 바람직하게는 72.0 내지 76.0의 범위에 있다. 본 발명의 연마 패드(10)를 사용할 때[도2의 (A) 및 도2의 (B)를 참조하여 후술함]의 연마 압력은 실용상, 103.4 ㎪(15 psi)을 넘는 일은 적기 때문에, 적절하게 103.4 ㎪(15 psi) 이하의 범위, 보다 적절하게 6.9 ㎪ 내지 69.0 ㎪(1 psi 내지 10 psi)의 범위에 있다. 이 연마 압력의 범위[103.4 ㎪(15 psi 이하)]에서는 패드 본체(11)의 쇼어 D 경도가 66.0 미만이면, 패드 본체가 지나치게 변형되어 피가공물(웨이퍼)의 면내 각 점에서의 연마량에 변동이 생겨 균일하게 연마할 수 없고, 또한 패드 본체의 쇼어 D 경도가 78.5를 넘으면, 패드 본체가 변형되지 않고, 피가공물에 대한 패드 본체(11)의 추종성이 저하되어 피가공물의 표면에 스크래치를 발생시키는 원인이 된다.
압축률은 23±3 ℃의 온도 하에 있어서의 측정에 있어서, 9.7 ㎪(1.4 psi)의 하중 시의 패드 본체의 두께를 0(제로)으로 하고, 110.3 ㎪(16 psi)의 하중 시의 패드 본체의 두께의 변화량을 ％로 나타낸 것이다. 본 발명에서는, 패드 본체(11)의 압축률은 4 ％ 이하의 범위, 바람직하게는 2 ％ 이하의 범위에 있다. 압축률이 4 ％를 넘으면 웨이퍼 표면(디바이스 표면)의 오목부 내를 지나치게 깎거나, 잔류 단차를 발생시킨다.
압축 회복률은 23±3 ℃의 온도 하에 있어서의 측정에 있어서, 110.3 ㎪(16 psi)의 하중 시의 패드 본체의 변위량을 측정한다. 다음에, 하중을 11.0 ㎪(1.6 psi)로 감소시킨 후, 30초 동안 회복한 변위량을 측정하고, 이 회복한 변위량을 상기한 110.3 ㎪(16 psi)의 하중 시의 변위량으로 나눈 것[즉, 압축한 변위량에 대한 회복한 변위량의 비율(％)]이다. 본 발명에서는, 패드 본체(11)의 압축 회복률은 50 ％ 이상의 범위, 바람직하게는 70 ％ 이상의 범위에 있다. 압축 회복률이 50 ％ 미만이면 디바이스 표면의 요철에 추종하기 어렵고, 웨이퍼 면내 각 점에서 패 드의 탄성 반발력에 변동이 생기고, 이로 인해 패드 표면을 웨이퍼 표면에 걸쳐서 균일하게 작용시킬 수 없고, 웨이퍼 면내 각 점에서의 연마량에 변동이 생겨 웨이퍼의 표면을 균일하게 연마할 수 없다.
패드 본체(11)는 그 표면에 웨이퍼의 흡착을 방지하여 수막 현상을 저감시키기 위해, 홈 가공을 실시해도 좋고, 패드 본체(11)의 표면에 형성되는 홈의 부분의 영역(패드 본체의 표면을 평면에서 보았을 때의 홈의 영역)이 패드 본체의 표면의 전체 영역에 대해 점유하는 비율은 패드 본체의 표면의 전체 영역을 100 ％로 할 때, 10 ％ 내지 50 ％의 범위에 있다. 홈의 형상은 동심 원형, 격자형 등 곡선, 직선, 또는 이들을 조합한 기하학적인 패턴으로 형성된다.
또한, 도1의 (B)에 도시한 바와 같이, 본 발명의 연마 패드(10)의 피연마면으로의 추종성을 향상시키기 위해, 패드 본체(11)의 이면에 백킹 시트(13)를 접착제(12)로 고정해도 좋다. 이 백킹 시트(13)로서, 패드 본체(11)의 쇼어 D 경도보다도 낮은 경도로 패드 본체(11)의 압축률보다도 높은 압축률의 탄성 시트가 사용된다. 탄성 시트로서, 폴리우레탄 등의 발포체로 이루어지는 시트를 사용할 수 있다.
<실시 형태>
반도체 디바이스를 제조할 때, 웨이퍼 상에 형성한 금속 배선 등의 위에 층간 절연막을 퇴적시키면, 이 웨이퍼의 표면에 단차가 생긴다. 본 발명에 따라서, 이 단차를 제거하여 웨이퍼의 표면(디바이스의 표면)을 평탄화한다.
도2의 (A) 및 도2의 (B)에 도시한 바와 같은 CMP(Chemical Mechanical Polishing) 장치(20)를 사용하여 웨이퍼의 표면을 평탄화한다.
도2의 (A)에 도시한 바와 같이, 웨이퍼(26)의 표면의 연마는, 우선 연마 패드(10)를 정반(또는 플래튼)(21)의 표면에 점착 테이프를 거쳐서 부착하고, 정반(21)을 회전시킨다. 노즐(23)을 통해 슬러리를 연마 패드(10)의 표면에 공급하고, 연마 헤드(또는 캐리어)(22)에 부착한 웨이퍼(26)의 표면을 연마 패드의 표면으로 압박하여 회전시킴으로써 행해진다.
도2의 (B)에 나타낸 예는 연마 중인 웨이퍼의 표면에 광을 조사하여 연마의 종점을 검출하는 연마 기술(이 기술을 종점 검출 연마라 함)이고, 우선 연마 패드(10)를 정반(또는 플래튼)(21')의 표면에 점착 테이프를 거쳐서 부착하고, 정반(21')을 회전시킨다. 노즐(23)을 통해 슬러리를 연마 패드(10)의 표면에 공급하고, 연마 헤드(또는 캐리어)(22)에 부착한 웨이퍼(26)의 표면을 연마 헤드의 표면으로 압박하여 회전시킨다. 연마 중, 정반(21')의 관통구를 통해 웨이퍼(26)의 표면에 광원(24)으로부터 광(25)을 조사하고, 그 반사광(25)을 모니터(부호 24)하고 연마의 종점을 검출하여 연마를 종료한다.
본 발명의 연마 패드(10)가 이 종점 검출 연마에 사용될 때, 패드 본체로서, 광투과성의 것이 사용된다. 이 패드 본체(11)의 광투과율은 패드 본체(11)의 두께가 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위에 있을 때, 350 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위의 파장 영역에 있는 광에 있어서, 10 ％ 이상의 범위에 있고, 바람직하게는 패드 본체의 두께가 0.5 ㎜ 내지 20 ㎜의 범위에 있을 때, 450 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위의 파장 영역에 있는 광에 있어서 30 ％ 이상의 범위에 있다.
도2의 (A) 및 도2의 (B)에 도시하는 CMP 장치(20)에서는 연마 헤드(22)에 웨이퍼 주변부 외측에 리테이너 링(도시하지 않음)이 부착되어 있다. 이 리테이너 링은 연마 패드를 링 부분에 가하는 압력에 의해 압박되고, 웨이퍼 주변부에서 발생하기 쉬운 과연마를 방지하는 동시에, 연마 중에 발생하는 횡방향의 응력에 의해 웨이퍼가 연마 헤드로부터 제거되는 것을 방지한다. 또한, 연마 패드(10)에 실시된 홈 가공에 의한 영향을 저감시키기 위해, 연마 중, 연마 헤드(22)는 정반(21, 21')의 직경 방향으로 왕복 이동(요동)된다.
또한, 도2의 (A) 및 도2의 (B)에 도시하는 CMP 장치(20)에는 도시하지 않지만, 연마 중에 발생한 연마 칩에 의한 연마 패드(10)의 표면의 막힘을 해소하거나, 연마 패드(10)의 마모에 의한 연마 패드(10)의 표면의 변형분을 깎기 내기 때문에, 다이아몬드 드레서 등의 드레싱 공구가 구비될 수 있다. 드레싱은 회전하는 정반(21, 21')의 표면에 부착한 연마 패드(10)의 표면에 물을 공급하면서 드레싱 공구를 압박하여 행해진다.
슬러리로서, 물 또는 물 베이스의 수용액 중에 지립을 분산시키고, 또한 웨이퍼의 표면의 물질과 화학적으로 반응하는 반응액(수산화나트륨, 암모니아 등)을 첨가한 것을 사용한다.
웨이퍼(26)를 연마 패드(10)의 표면[즉, 패드 본체(11)의 표면]으로 압박하는 압력(연마 압력)은 6.9 ㎪ 내지 69.0 ㎪(1 psi 내지 10 psi 사이의 범위에 있다.
<제1 실시예>
평균 분자량 약 750의 TDI(트릴렌디이소시아네이트)계의 우레탄프리폴리머(100부)에 경화제로서, 3, 3'-디클로로-4, 4' 디아미노-디파닐메탄(26.5부)을 첨가하여 수지 용액을 조제하였다. 이 수지 용액을 금형에 투입하고, 금형 내에서 이를 경화시켜 무발포체의 블럭을 성형하고, 이를 1.5 ㎜의 두께로 얇게 하여 쇼어 D 경도 78.0(측정 온도 23.0 ℃)의 패드 본체를 제조하고, 이 패드 본체의 표면에 선반을 사용하여 홈 가공(홈 형상 : 스파이럴, 홈 사이즈 : 랜드 폭 0.6 ㎜/홈 폭 0.3 ㎜, 홈 점유율 33.3 ％)을 실시하여 이를 제1 실시예의 연마 패드로 하였다.
<제2 실시예>
평균 분자량 약 900의 TDI계의 우레탄프리폴리머(100부)에 경화제로서, 3, 3'-디클로로-4, 4' 디아미노-디파닐메탄(26.5부)을 첨가하여 수지 용액을 조제하였다. 이 수지 용액을 금형에 투입하고, 금형 내에서 이를 경화시켜 무발포체의 블럭을 성형하고, 이를 1.5 ㎜의 두께로 얇게 하여 쇼어 D 경도 75.0(측정 온도 23.0℃)의 패드 본체를 제조하고, 이 패드 본체의 표면에 선반을 사용하여 홈 가공(홈 형상 : 스파이럴, 홈 사이즈 : 랜드 0.6 ㎜/홈 0.3 ㎜, 홈 점유율 33.3 ％)을 실시하여 이를 제2 실시예의 연마 패드로 하였다.
<제3 실시예>
평균 분자량 약 960의 TDI계의 우레탄프리폴리머(100부)에 경화제로서, 3, 3'-디클로로-4, 4' 디아미노-디파닐메탄(26.3부)을 첨가하여 수지 용액을 조제하였다. 이 수지 용액을 금형에 투입하고, 금형 내에서 이를 경화시켜 무발포체의 블럭을 성형하고, 이를 1.5 ㎜의 두께로 얇게 하여 쇼어 D 경도 72.0(측정 온도 23.0 ℃)의 패드 본체를 제조하고, 이 패드 본체의 표면에 선반을 사용하여 홈 가공(홈 형상 : 스파이럴, 홈 사이즈 : 랜드 0.6 ㎜/홈 0.3 ㎜, 홈 점유율 33.3 ％)을 실시하여 이를 제3 실시예의 연마 패드로 하였다.
<제4 실시예>
평균 분자량 약 1080의 TDI계의 우레탄프리폴리머(100부)에 경화제로서, 3, 3'-디클로로-4, 4' 디아미노-디파닐메탄(26.0부)을 첨가하여 수지 용액을 조제하였다. 이 수지 용액을 금형에 투입하고, 금형 내에서 이를 경화시켜 무발포체의 블럭을 성형하고, 이를 1.5 ㎜의 두께로 얇게 하여 쇼어 D 경도 66.0(측정 온도 23.0 ℃)의 패드 본체를 제조하고, 이 패드 본체의 표면에 선반을 사용하여 홈 가공(홈 형상 : 스파이럴, 홈 사이즈 : 랜드 0.6 ㎜/홈 0.3 ㎜, 홈 점유율 33.3 ％)을 실시하여 이를 제4 실시예의 연마 패드로 하였다.
<제1 비교예>
HDI(헥사메틸렌디이소시아네이트)계의 우레탄프리폴리머(100부)에 경화제로서, 3, 3'-디클로로-4, 4' 디아미노-디파닐메탄(47.3부)을 첨가하여 수지 용액을 조제하였다. 이 수지 용액을 금형에 투입하고, 금형 내에서 이를 경화시켜 무발포체의 블럭을 성형하고, 이를 1.5 ㎜의 두께로 얇게 하여 쇼어 D 경도 80.0(측정 온도 23.0 ℃)의 패드 본체를 제조하고, 이 패드 본체의 표면에 선반을 사용하여 홈 가공(홈 형상 : 스파이럴, 홈 사이즈 : 랜드 0.6 ㎜/홈 0.3 ㎜, 홈 점유율 33.3 ％)을 실시하여 이를 제1 비교예의 연마 패드로 하였다.
<제2 비교예>
평균 분자량 약 1260의 TDI계의 우레탄프리폴리머(100부)에 경화제로서, 3, 3'-디클로로-4, 4' 디아미노-디파닐메탄(23.0부)을 첨가하여 수지 용액을 조제하였다. 이 수지 용액을 금형에 투입하고, 금형 내에서 이를 경화시켜 무발포체의 블럭을 성형하고, 이를 1.5 ㎜의 두께로 얇게 하여 쇼어 D 경도 60.0(측정 온도 23.0 ℃)의 패드 본체를 제조하고, 이 패드 본체의 표면에 선반을 사용하여 홈 가공(홈 형상 : 스파이럴, 홈 사이즈 : 랜드 0.6 ㎜/홈 0.3 ㎜, 홈 점유율 33.3 ％)을 실시하여 이를 제2 비교예의 연마 패드로 하였다.
<제3 비교예>
제3 비교예의 연마 패드로서, 시판의 발포체 패드(제품번호 : IC1000, 롬 앤 허스 일렉트로닉 매터리얼즈 CMP 홀딩스 인코퍼레이티드)를 사용하였다. 제3 비교예의 연마 패드의 두께는 1.25 ㎜이고, 쇼어 D 경도는 59.0이었다.
제1 내지 제4 실시예, 제1 내지 제3 비교예의 각 연마 패드의 쇼어 경도, 압축률 및 압축 회복률을 하기의 표1에 나타낸다.
[표1]
| 쇼어 D 경도 | 압축률(％) | 압축 회복률(％) | |
| 제1 실시예 | 78.0 | 0.79 | 80.0 |
| 제2 실시예 | 75.0 | 0.84 | 80.2 |
| 제3 실시예 | 72.0 | 0.85 | 80.4 |
| 제4 실시예 | 66.0 | 0.87 | 79.8 |
| 제1 비교예 | 80.0 | 0.79 | 80.1 |
| 제2 비교예 | 60.0 | 0.82 | 79.8 |
| 제3 비교예 | 59.0 | 4.05 | 19.5 |
<제1 비교 시험>
제3 실시예와 제3 비교예의 연마 패드를 각각 사용하여 웨이퍼의 표면을 연마하고, 웨이퍼의 표면의 단차에 대해 각 연마 패드로 비교하였다.
웨이퍼로서, 평탄성 평가 시험에 일반적으로 널리 사용되고 있는 이미 알려진 시험용 웨이퍼(SKW7-2)를 사용하였다. 이 시험용 웨이퍼는 실리콘 기판의 표면을 소정의 마스크 패턴으로 에칭하고, 그 위에 실리콘 산화막을 CVD에 의해 증착시킨 것이다. 이 제1 비교 시험에서는 각 연마 패드로 연마한 후의 시험용 웨이퍼의 패턴(D100)의 연마량에 대한 패턴(D20, D40 및 D80)의 단차를 비교하였다[여기서, 패턴(D100)은 요철이 없는 시험용 웨이퍼 상의 부분이고, 패턴(D20)은 폭 20 ㎛의 직선형의 볼록부와, 폭 80 ㎛, 깊이 0.8 ㎛의 직선형의 오목부가 교대로 형성된 시험용 웨이퍼 상의 부분이고, 패턴(D40)은 폭 40 ㎛의 직선형의 볼록부와, 폭 60 ㎛, 깊이 0.8 ㎛의 직선형의 오목부가 교대로 형성된 시험용 웨이퍼 상의 부분이고, 패턴(D80)은 폭 80 ㎛의 직선형의 볼록부와, 폭 20 ㎛, 깊이 0.8 ㎛의 직선형의 오목부가 교대로 형성된 시험용 웨이퍼 상의 부분이다. 또한, 시험용 웨이퍼 상의 요철의 측정에 시판의 단차 측정 장치(제품 번호 : P-1, 텐콜사)를 사용함].
연마 장치로서, 도2의 (A)에 도시한 바와 같은 시판의 CMP 장치(제품 번호 : MAT-ARW681S, 가부시끼가이샤 MAT)를 사용하였다. 연마 조건은 하기의 표2에 나타내는 바와 같다. 또한, 슬러리로서, 시판의 슬러리 원액(제품 번호: Semi Sperse25, 캐봇 마이크로일렉트로닉 재팬가부시끼가이샤)을 순수(純水)로 2배로 희석(원액 : 순수 ＝ 1 : 1)한 것을 사용하였다.
[표2]
연마 조건
| 정반 회전수 | 60 rpm |
| 연마 헤드 회전수 | 63 rpm |
| 연마 헤드 하중(연마 압력) | 20.7 ㎪(3 psi) |
| 리테이너 링 하중 | 34.5 ㎪(5 psi) |
| 요동 속도 | 1 ㎜/분 |
| 요동 거리 | 10 ㎜ |
| 슬러리 유량 | 200 cc/분 |
제1 비교 시험의 결과를 도3에 나타낸다. 도3에 도시한 바와 같이, 시험용 웨이퍼 상의 각 패턴(D20, D40, D80)에 있어서, 제3 실시예의 연마 패드를 사용함으로써 제3 비교예의 것을 사용하였을 때보다도 단시간에 평탄한 표면을 얻을 수 있었던 것을 알 수 있다.
<제2 비교 시험>
제1, 제2, 제4 실시예와 제2, 제3 비교예의 연마 패드를 각각 사용하여 웨이퍼의 표면을 연마하고, 웨이퍼의 표면의 단차에 대해 각 연마 패드로 비교하였다.
웨이퍼로서, 상기 제1 비교 시험과 마찬가지로 평탄성 평가 시험에 일반적으로 널리 사용되고 있는 이미 알려진 시험용 웨이퍼(SKW7-2)를 사용하였다. 이 제2 비교 시험에서는 각 연마 패드로 연마한 후의 시험용 웨이퍼의 패턴(D100)의 연마량에 대한 패턴(D80)의 단차를 비교하였다.
연마 장치로서, 도2의 (A)에 도시한 바와 같은 시판의 CMP 장치(제품 번호 : MAT-ARW681S, 가부시끼가이샤 MAT)를 사용하였다. 연마 조건은 상기한 표2에 나타낸 바와 같다. 또한, 슬러리로서 시판의 슬러리 원액(제품 번호 : Semi Sperse25, 캐봇 마이크로일렉트로닉스 재팬가부시끼가이샤)을 순수로 2배로 희석(원액 : 순수 ＝ 1 : 1)한 것을 사용하였다.
제2 비교 시험의 결과를 도4에 나타낸다. 도4에 도시한 바와 같이, 시험용 웨이퍼 상의 패턴(D80)에 있어서, 제1, 제2, 제4 실시예의 연마 패드를 사용함으로써 제2, 제3 비교예의 것을 사용하였을 때보다도 단시간에 평탄한 표면을 얻을 수 있었던 것을 알 수 있다.
<제3 비교 시험>
제1, 제2, 제4 실시예와 제1 내지 제3 비교예의 연마 패드를 각각 사용하여 표면에 패턴이 없는 플라즈마 산화막을 성막(두께 10000 Å)한 PTEOS막이 부착된 웨이퍼(직경 200 ㎜)의 표면을 연마하여, 연마율과 면내 균일성에 대해 각 연마 패드로 비교하였다. 여기서, 면내 균일성(WIWNU : within wafer non-uniformity의 약자)은 웨이퍼 면내의 가공 균일성을 나타내는 변수이고, 면내 각 점에서의 연마량의 표준 편차/연마량의 평균 × 100(％)으로 나타내고, 이 WIWNU치가 작을수록 면내 각 점에서의 연마량에 변동이 없는 것을 의미한다. 또한, 연마량의 측정을 위해 행한 막 두께의 측정은 시판의 광간섭식 막 두께 측정 장치(제품 번호 : Nanospec9200, 나노메트릭스 가부시끼가이샤)를 사용하여 행하였다.
연마 장치로서, 도2의 (A)에 도시한 바와 같은 시판의 CMP 장치(제품 번호 : MAT-ARW681S, 가부시끼가이샤 MAT)를 사용하였다. 연마 조건은 하기의 표3에 나타내는 바와 같았다. 또한, 슬러리로서 시판의 슬러리 원액(제품 번호: Semi Sperse 25, 캐봇 마이크로일렉트로닉 재팬가부시끼가이샤)을 순수로 2배로 희석(원액 : 순수 ＝ 1 : 1)한 것을 사용하였다.
[표 3]
연마 조건
| 정반 회전수 | 60 rpm |
| 연마 헤드 회전수 | 63 rpm |
| 연마 헤드 하중(연마 압력) | 20.7 ㎪(3 psi) |
| 리테이너 링 하중 | 34.5 ㎪(5 psi) |
| 요동 속도 | 1 ㎜/분 |
| 요동 거리 | 10 ㎜ |
| 연마 시간 | 120초 |
| 슬러리 유량 | 200 cc/분 |
제3 비교 시험의 결과를 하기의 표4에 나타낸다. 또한, 각 측정치를 도4의 (A)(연마율) 및 도4의 (B)(면내 균일성)에 나타낸다. 도5는 도4의 (A)와 도4의 (B)의 합성도이다.
[표 4]
제3 비교 실험의 결과
(각 수치는 웨이퍼 중심부로부터 에지 끝 5 ㎜까지의 측정을 기초로 하는 측정치임)
| 쇼어 D 경도 (해당예) | 60.0 (제2 비교예) | 66.0 (제4 실시예) | 75.0 (제2 실시예) | 78.0 (제1 실시예) | 80.0 (제1 비교예) |
| 연마율(Å/분) | 1183 | 1702 | 2265 | 2190 | 1900 |
| 면내 균일성(％) | 8.4 | 6.3 | 4.8 | 7.0 | 10.0 |
제3 비교예의 연마율은 2000 Å/분이고, 면내 균일성은 7.2 ％이다.
실용적으로 요구되는 연마율은 1700 Å/분 이상이고, 면내 균일성은 8.0 ％ 이하이다.
도4의 (A) 및 도4의 (B)(및 도5)에 도시한 바와 같이, 실용적으로 요구되는 연마율과 면내 균일성은 쇼어 D 경도 66.0 내지 78.5 사이의 범위에서 달성된다.
또한, 도4의 (A)(및 도5)에 도시한 바와 같이, 쇼어 D 경도가 70.0 이상인 범위에 있어서, 제3 비교예보다도 연마율이 높고, 따라서 쇼어 D 경도가 70.0 내지 78.5 사이의 범위에 있어서, 상기한 실용적으로 요구되는 연마율과 면내 균일성을 달성하고, 또한 적어도 제3 비교예의 연마율보다도 높은 것을 알 수 있다.
또한, 도4의 (B)(및 도5)에 도시한 바와 같이, 쇼어 D 경도가 약 64.0 내지 78.0 사이의 범위에 있어서, 제3 비교예보다도 면내 균일성이 낮고, 따라서 쇼어 D 경도가 70.0 내지 78.0 사이의 범위에 있어서, 상기한 실용적으로 요구되는 연마율과 면내 균일성을 달성하고, 또한 제3 비교예의 연마율보다도 높고, 면내 균일성이 낮은 것을 알 수 있다. 그리고 또한, 쇼어 D 경도가 72.0 내지 76.0 사이의 범위에 있어서, 가장 낮은 면내 균일성이 달성된다.
Claims (11)
- 연마 패드이며,합성 수지의 무발포체로 이루어지는 시트형의 패드 본체로 이루어지고,상기 패드 본체의 쇼어 D 경도가 66.0 내지 78.5의 범위에 있고,상기 패드 본체의 압축률이 4 ％ 이하의 범위에 있고,상기 패드 본체의 압축 회복률이 50 ％ 이상의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 압축률이 2 ％ 이하의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 압축 회복률이 70 ％ 이상의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도가 70.0 내지 78.5의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도가 70.0 내지 78.0의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 쇼어 D 경도가 72.0 내지 76.0의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위에 있는 상기 패드 본체의 두께에 있어서, 350 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위의 파장 영역에 있는 광의 상기 패드 본체의 광투과율이 10 ％ 이상의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 0.5 ㎜ 내지 2.0 ㎜의 범위에 있는 상기 패드 본체의 두께에 있어서, 450 ㎚ 내지 900 ㎚의 범위의 파장 영역에 있는 광의 상기 패드 본체의 광투과율이 30 ％ 이상의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 패드 본체의 표면이 홈을 갖고,상기 패드 본체의 표면의 전체 영역에 대해 상기 홈의 부분이 점유하는 비율이 상기 패드 본체의 표면의 전체 영역을 100 ％로 할 때, 10 ％ 내지 50 ％의 범위에 있는 연마 패드.
- 제1항에 있어서, 상기 패드 본체의 이면에 고정한 백킹 시트로 이루어지는 연마 패드.
- 제10항에 있어서, 상기 백킹 시트로서 상기 패드 본체의 쇼어 D 경도보다도 낮은 경도이고, 상기 패드 본체의 압축률보다도 높은 압축률의 탄성 시트가 사용되는 연마 패드.
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