KR101047933B1

KR101047933B1 - 연마 패드 및 반도체 장치의 제조 방법

Info

Publication number: KR101047933B1
Application number: KR1020057009545A
Authority: KR
Inventors: 마사히코 나카모리; 데쓰오 시모무라; 다카토시 야마다; 가즈유키 오가와; 아쓰시 가즈노; 마사히로 와타나베
Original assignee: 도요 고무 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2002-11-27
Filing date: 2003-11-27
Publication date: 2011-07-11
Also published as: US8845852B2; TW200416102A; WO2004049417A1; AU2003302299A8; KR20050085168A; TWI325800B; AU2003302299A1; US20060037699A1

Abstract

연마 중인 상태로 고정밀도의 광학 종점 검지가 가능하고, 이로써 연마 특성(표면 균일성, 면 내 균일성 등)이 뛰어난 연마 패드, 또한 광범위한 웨이퍼의 연마 프로파일을 얻을 수 있는 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 첫 번째 본 발명의 연마 패드는, 광 투과 영역의 파장 400~700nm의 전체 영역에 있어서의 광 투과율이 50% 이상이다. 두 번째 본 발명의 연마 패드는, 광 투과 영역의 두께가 0.5~4mm이며, 또한 광 투과 영역의 파장 600~700nm의 전체 영역에 있어서의 광 투과율이 80% 이상이다. 세 번째 본 발명의 연마 패드는, 광 투과 영역이 연마 패드의 중심부와 주변부의 사이에 설치되고, 또한 직경 방향의 길이(D)가 원주 방향의 길이(L)의 3배 이상이다.

연마, 패드, CMP, 반도체, 웨이퍼, 평탄도

Description

연마 패드 및 반도체 장치의 제조 방법 {POLISHING PAD AND METHOD FOR MANUFACTURING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 웨이퍼 표면의 요철을 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing; CMP)로 평탄화할 때에 사용되는 연마 패드에 관한 것으로, 상세하게는, 연마 상황 등을 광학적 수단에 의해 검지(檢知)하기 위한 창(窓)을 가지는 연마 패드 및 상기 연마 패드를 이용한 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

반도체 장치를 제조할 때는, 웨이퍼 표면에 도전성 막을 형성하고, 포토리소그래피, 에칭 등을 함으로써 배선층을 형성하는 공정이나, 배선층 상에 층간 절연막을 형성하는 공정 등이 행해지므로, 이들 공정에 의해서 웨이퍼 표면에 금속 등의 도전체나 절연체로 이루어진 요철이 생긴다. 근래, 반도체 집적 회로의 고밀도화를 목적으로 하는 배선의 미세화나 다층 배선화가 진행됨에 따라, 웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 기술이 중요시되고 있다.

웨이퍼 표면의 요철을 평탄화하는 방법으로는, 일반적으로 CMP 법이 채용되고 있다. CMP는 웨이퍼의 피연마면을 연마 패드의 연마면에 가압한 상태에서 연마 입자가 분산된 슬러리형의 연마제(이하, 슬러리라고 함)를 이용하여 연마하는 기술이다.

CMP에서 일반적으로 사용하는 연마 장치는, 예를 들면, 도 1에 도시한 바와 같이, 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 피연마 대상물(웨이퍼)(4)을 지지하는 지지대(연마 헤드)(5)와 웨이퍼를 균일하게 가압하기 위한 지지재와, 연마제의 공급 기구를 구비하고 있다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접착시킴으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)는 각각 지지된 연마 패드(1)와 피연마 대상물(4)이 대향하도록 배치되고, 각각 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또, 지지대(5)에는, 피연마 대상물(4)을 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다.

이러한 CMP를 행하는 데에 있어서, 웨이퍼 표면의 평탄도를 판정하는 데 문제가 있다. 즉, 희망하는 표면 특성이나 평면 상태에 도달한 시점을 검지할 필요가 있다. 종래, 산화막의 막 두께나 연마 속도 등에 관해서는, 테스트 웨이퍼를 정기적으로 처리하여 그 결과를 확인한 후, 제품으로 사용되는 웨이퍼의 연마 처리가 행해졌다.

그러나, 이러한 방법은 테스트 웨이퍼를 처리하는 시간과 비용을 낭비시키고 또한, 미리 전혀 가공되지 않은 테스트 웨이퍼와 제품 웨이퍼는 CMP 특유의 로딩 효과에 의해 연마 결과가 달라서, 제품 웨이퍼를 실제로 가공해 보지 않으면 가공 결과의 정확한 예상이 곤란하다.

이로 인해, 최근에는 상기의 문제점을 해소하기 위해, CMP 프로세스 중에, 그 자리에서, 희망하는 표면 특성이나 두께가 얻어진 시점을 검출할 수 있는 방법이 요망되고 있다. 이러한 검지에 관해서는, 여러 가지 방법이 이용되고 있다.

현재, 제안되어 있는 검지 수단으로는,

(1) 웨이퍼와 패드 사이의 마찰 계수를 웨이퍼 지지 헤드나 정반의 회전 토크의 변화로서 검출하는 토크 검출법(미국 특허 제5069002호 명세서)

(2) 웨이퍼 상에 남은 절연막의 두께를 검출하는 정전 용량법(미국 특허 제5081421호 명세서)

(3) 회전 정반 내에 레이저광에 의한 막 두께 모니터 기구를 구성해 넣은 광학적 방법(일본 특개평 9-7985호 공보, 일본 특개평 9-36072호 공보)

(4) 헤드 또는 스핀들에 장착한 진동이나 가속 센서로부터 얻어진 주파수 스펙트럼을 해석하는 진동 해석 방법

(5) 헤드 내에 내장한 차동 트랜스 응용 검출법

(6) 웨이퍼와 연마 패드의 마찰열이나 슬러리와 피연마 대상물의 반응열을 적외선 방사 온도계로 계측하는 방법(미국 특허 제5196353호 명세서)

(7) 초음파의 전파 시간을 측정함으로써 피연마 대상물의 두께를 측정하는 방법(일본 특개소 55-106769호 공보, 일본 특개평 7-135190호 공보)

(8) 웨이퍼 표면의 금속막의 시트 저항을 계측하는 방법(미국 특허 제5559428호 명세서)

등을 들 수 있다. 현재, (1)의 방법이 많이 이용되고 있으나, 측정 정밀도나 비접촉 측정에서의 공간 분해능의 관점에서 (3)의 방법이 주류이다.

(3)의 방법인 광학적 검지 수단이란, 구체적으로는 광 빔을 창(광 투과 영역)을 통해서 연마 패드 건너편의 웨이퍼로 조사하여, 그 반사에 의해서 발생하는 간섭 신호를 모니터함으로써 연마의 종점을 검지하는 방법이다(도 12).

현재, 광 빔으로는, 600nm 근처의 파장광을 가지는 He-Ne 레이저광이나 380∼800nm의 파장광을 가지는 할로겐 램프를 사용한 백색광이 일반적으로 이용되고 있다.

이러한 방법은 웨이퍼의 표면층의 두께의 변화를 모니터하여, 표면 요철의 근사적인 깊이를 구함으로써 종점이 결정된다. 이러한 두께의 변화가 요철의 깊이와 같게 된 시점에서, CMP 프로세스를 종료시킨다. 또, 이러한 광학적 수단에 의한 연마의 종점 검지법 및 그 방법에 이용되는 연마 패드에 관해서는, 여러 가지 것이 제안되어 있다.

고체로써 균질한 190nm부터 3500nm의 파장광을 투과하는 투명한 폴리머 시트를 최소한 일부분에 가지는 연마 패드가 개시되어 있다(일본 특표평 11-512977호 공보). 또, 단부의 투명 플러그가 삽입된 연마 패드가 개시되어 있다(일본 특개평 9-7985호 공보). 또, 연마면과 동일면인 투명 플러그를 가지는 연마 패드가 개시되어 있다(일본 특개평 10-83977호 공보). 또한, 투광성 부재가 비수용성 매트릭스재와, 상기 비수용성 매트릭스재 중에 분산된 수용성 입자를 함유하여 이루어지고, 400∼800nm의 광선 투과율이 0.1% 이상인 연마 패드가 개시되어 있다(특개 2002-324769호 공보, 특개 2002-324770호 공보). 모두 종점 검지용 창을 이용하는 것이 개시되어 있다.

상기한 바와 같이, 광 빔으로는 He-Ne 레이저광이나 할로겐 램프를 사용한 백색광 등이 이용되고 있으나, 백색광을 이용한 경우에는 여러 가지 파장광을 웨이 퍼의 위에 접촉시킬 수 있으므로, 많은 웨이퍼 표면의 프로필을 얻을 수 있는 이점이 있다. 이 백색광을 광 빔으로서 이용하는 경우에는, 넓은 파장 범위에서 검출 정밀도를 높일 필요가 있다. 또한 향후, 반도체 제조에서의 고집적·초소형화에 따라서, 집적 회로의 배선폭도 점점 더 작아져 가는 것이 예상되므로, 고정밀도의 광학적 종점 검지가 필요하지만, 종래의 종점 검지용 창은 넓은 파장 범위에서 만족스러울 정도로 정밀하지 않다.

첫 번째 본 발명은, 연마 중인 상태에서 고정밀도의 광학 종점 검지를 가능하게 함으로써, 연마 특성(표면 균일성 등)이 우수한 연마 패드 및 이러한 연마 패드를 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

두 번째 본 발명은, 연마 중인 상태에서 고정밀도의 광학 종점 검지를 가능하게 하여, 특히 He-Ne 레이저광이나 600∼700nm 근처의 발신 파장을 가지는 반도체 레이저를 이용하는 연마 장치에 적합하게 이용되고, 이로 인해 연마 특성(표면 균일성 등)이 우수한 연마 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또, 용이하면서 낮은 가격으로 제조할 수 있는 연마 패드를 제공하는 것, 나아가 이러한 연마 패드를 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

한편, 상기 특허 문헌에 기재되어 있는 창(광 투과 영역)은, 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이 연마 패드의 원주 방향으로 긴 형상이거나 원형이다. 그러나, 상기와 같은 형상의 창에서는, 웨이퍼의 연마에 있어서 웨이퍼가 있는 일부분에만 창이 집중적으로 접촉하기 때문에, 창이 접촉하는 부분과 접촉하지 않은 부분에서 연마가 불균일하게 일어나는 문제가 있다. 또, 창이 접촉하는 한정된 일부분만의 연마 프로필밖에 얻어지지 않는 문제도 있다.

세 번째 본 발명은, 연마 중인 상태에서 고정밀도의 광학 종점 검지를 가능하게 하여, 연마 특성(특히 면내 균일성)이 우수하고, 또한 광범위한 웨이퍼의 연마 프로필을 얻을 수 있는 연마 패드 및 상기 연마 패드를 이용한 반도체 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명자는 상술한 바와 같은 현재의 상황을 감안하여, 예의 연구를 거듭한 결과, 연마 패드용 광 투과 영역으로서, 어떤 특정한 광 투과율을 가지는 광 투과 영역을 이용하면, 상기 과제를 해결할 수 있는 것을 발견했다.

즉, 첫 번째 본 발명은, 화학적 기계적 연마에 이용되고, 연마 영역 및 광 투과 영역을 가지는 연마 패드로서, 광 투과 영역의 파장 400∼700nm의 전체 영역에서의 광 투과율이 50% 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다.

상기 광 투과 영역은, 하기 식으로 나타내어지는 파장 400∼700nm에서의 광 투과율의 변화율이 50% 이하인 것이 바람직하다.

(식)

변화율(%) = {(400∼700nm에서의 최대 광 투과율 - 400∼700nm에서의 최소 광 투과율) / 400∼700nm에서의 최대 광 투과율} × 100

일반적으로 연마 패드의 광 투과 영역을 통과하는 광의 강도의 감쇠(減衰)가 적을수록 연마 종점의 검출 정밀도나 막 두께의 측정 정밀도를 높일 수 있다. 따라서, 사용되는 측정광의 파장에서의 광 투과율은, 연마 종점의 검출 정밀도나 막 두께의 측정 정밀도를 결정짓기 때문에 중요한 것이다.

첫 번째 본 발명의 광 투과 영역은, 단파장측에서의 광 투과율의 감쇠가 작고, 넓은 파장 범위에서 검출 정밀도를 높게 유지하는 것이 가능하다.

첫 번째 본 발명의 연마 패드에 이용되는 광 투과 영역은, 파장 400∼700nm 전체 영역에서의 광 투과율이 50% 이상이며, 바람직하게는 70% 이상이다. 광 투과율이 50%보다 작은 경우에는, 연마중에 슬러리층의 영향이나 드레싱 흔적의 영향 등에 의해, 광 투과 영역을 통과하는 광의 강도의 감쇠가 커지고, 연마 종점의 검출 정밀도나 막 두께의 측정 정밀도가 저하된다.

또, 광 투과 영역의 상기 식으로 나타내어지는 파장 400∼700nm에서의 광 투과율의 변화율은 30% 이하인 것이 더욱 바람직하다. 광 투과율의 변화율이 50%를 넘는 경우에는, 단파장측에서의 광 투과 영역을 통과하는 광의 강도의 감쇠가 커지고, 간섭광의 진폭이 작아지기 때문에 연마 종점의 검출 정밀도나 막 두께의 측정 정밀도가 저하되는 경향이 있다.

상기 광 투과 영역의 파장 400nm에서의 광 투과율은 70% 이상인 것이 바람직하다. 파장 400nm에서의 광 투과율이 70% 이상이면, 연마 종점의 검출 정밀도나 막 두께의 측정 정밀도를 더욱 높일 수 있다.

또, 상기 광 투과 영역의 파장 500∼700nm 전체 영역에서의 광 투과율이 90% 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 95% 이상이다. 광 투과율이 90% 이상이면, 연마 종점의 검출 정밀도나 막 두께의 측정 정밀도를 매우 높일 수 있다.

또, 상기 광 투과 영역은, 파장 500∼700nm에서의 각 광 투과율의 차이가 5% 이내인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 3% 이내이다. 각 파장에서의 광 투과율의 차이가 5% 이내이면, 웨이퍼의 막 두께를 분광 해석하는 경우에, 웨이퍼 상에 일정한 입사광을 조사할 수 있고, 정확한 반사율을 산출할 수 있기 때문에 검출 정밀도를 높일 수 있다.

두 번째 본 발명은, 화학적 기계적 연마에 이용되고, 연마 영역 및 광 투과 영역을 가지는 연마 패드로서, 광 투과 영역의 두께가 0.5∼4mm이며, 또한 광 투과 영역의 파장 600∼700nm 전체 영역에서의 광 투과율이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다.

상기와 같이 일반적으로 이용되는 연마 장치는 600∼700nm 근처에서 발신 파장과 검출광을 가지는 레이저를 이용하기 때문에, 상기 파장 영역에서의 광 투과율이 80% 이상이면 높은 반사광이 얻어져, 막 두께 검출 정밀도를 향상시킬 수 있다. 광 투과율이 80% 미만인 경우에는, 반사광이 작아져서 막 두께 검출 정밀도가 저하되는 경향이 있다.

두 번째 본 발명에서는, 광 투과 영역의 파장 600∼700nm 전체 영역에서의 광 투과율이 90% 이상인 것이 바람직하다.

또, 상기 첫 번째 및 두 번째 본 발명에서의 광 투과 영역의 광 투과율은, 광 투과 영역의 두께가 1mm인 경우의 값, 또는 1mm의 두께로 환산한 경우의 값이다. 일반적으로, 광 투과율은 Lambert-Beer의 법칙에 따라 광 투과 영역의 두께에 따라서 변화된다. 두께가 두꺼울수록 광 투과율은 낮아지기 때문에 두께를 일정하게 했을 때의 광 투과율을 산출한다.

세 번째 본 발명은, 화학적 기계적 연마에 이용되고, 연마 영역 및 광 투과 영역을 가지는 연마 패드로서, 상기 광 투과 영역은 연마 패드의 중심부와 주변부(周端部)의 사이에 형성되어 있으며, 또한 직경 방향의 길이(D)가 원주 방향의 길이(L)의 3배 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다.

상기와 같이, 광 투과 영역을 연마 패드의 원주 방향의 길이(L)에 비해 직경 방향의 길이(D)가 3배 이상의 형상으로 함으로써, 웨이퍼의 연마에 있어서 웨이퍼의 어느 일부분에만 광 투과 영역이 집중적으로 접촉하지 않고 웨이퍼 전체면에 균일하게 접촉하기 때문에, 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있어 연마 특성을 향상시킬 수 있다. 또, 연마 시에 광 투과 영역을 가지는 범위 내에서 레이저 간섭계를 직경 방위에 적절하게 이동시킴으로써 광범위한 웨이퍼의 연마 프로필을 얻을 수 있기 때문에 연마 프로세스의 종점을 정확하고 또한 간이하게 판단할 수 있다.

여기에서, 직경 방향의 길이(D)란, 광 투과 영역의 무게 중심을 통과하고, 또한 연마 패드의 중심과 주변부를 연결하는 직선과 광 투과 영역이 겹치는 부분의 길이를 말한다. 또, 원주 방향의 길이(L)란, 광 투과 영역의 무게 중심을 통과하고, 또한 연마 패드의 중심과 주변부를 연결하는 직선에 직교하는 직선과 광 투과 영역이 최대로 겹치는 부분의 길이를 말한다.

세 번째 본 발명에 있어서, 광 투과 영역은 연마 패드의 중심부와 주변부의 사이에 설치되어 있다. 일반적으로 웨이퍼의 직경은 연마 패드의 반경보다도 작기 때문에, 광 투과 영역을 연마 패드의 중심부와 주변부의 사이에 설치하면 광범위한 웨이퍼의 연마 프로필을 얻는 데 충분하고, 광 투과 영역을 연마 패드의 반경보다 길게 또는 직경과 동일한 정도의 길이로 하면 연마 영역을 감소시켜서, 연마 효율이 저하되기 때문에 바람직하지 않다.

또, 세 번째 본 발명에 있어서, 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)가 원주 방향의 길이(L)의 3배 미만인 경우에는, 직경 방향의 길이가 충분하지 않고, 웨이퍼에 광 빔을 조사할 수 있는 부분이 일정 범위에 한정되기 때문에 웨이퍼의 막 두께 검출에 불충분하거나, 직경 방향의 길이를 충분히 길게 하면 결과적으로 원주 방향의 길이(L)도 길어져, 연마 영역이 감소되기 때문에 연마 효율이 저하되는 경향이 있다.

또, 세 번째 본 발명에서는, 간이하게 제조할 수 있다는 관점에서 광 투과 영역의 형상은 장방형인 것이 바람직하다.

세 번째 본 발명에서는, 상기 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)가 피연마체의 직경의 1/4∼1/2배인 것이 바람직하다. 1/4배 미만인 경우에는, 피연마체(웨이퍼 등)에 광 빔을 조사할 수 있는 부분이 일정 범위에 한정되기 때문에 웨이퍼의 막 두께 검출에 불충분하거나, 연마가 불균일하게 되는 경향이 있다. 한편, l/2배를 넘는 경우에는 연마 영역이 감소하기 때문에 연마 효율이 저하되는 경향이 있다. 또, 광 투과 영역은 연마 패드 중에 하나 이상이면 좋지만, 2개 이상 설치할 수도 있다.

또, 상기 광 투과 영역의 두께 편차는 10Oμm 이하인 것이 바람직하다.

첫 번째 내지 세 번째 본 발명에서, 연마 영역 및 광 투과 영역의 형성 재료가, 폴리우레탄 수지인 것이 바람직하다. 또, 연마 영역의 형성 재료인 폴리우레탄 수지와 광 투과 영역의 형성 재료인 폴리우레탄 수지가, 동종의 유기 이소시아네이트, 폴리올 및 체인 연장제를 함유하여 이루어지는 것이 바람직하다. 연마 영역과 광 투과 영역을 동종의 재료로 구성함으로써, 연마 패드의 드레싱 처리를 행했을 때에 드레싱 양을 같이 할 수 있으므로, 연마 패드 전체면에 있어서 높은 평탄성을 얻을 수 있다. 한편, 동종의 재료로 구성되지 않는 경우에는, 드레싱 양이 상이하므로, 연마 패드의 평탄성이 손상되는 경향이 있다. 그 경우에는, 연마 영역과 광 투과 영역의 경도나 드레싱 양이 동일하도록 조정하는 것이 바람직하다.

첫 번째 내지 세 번째 본 발명에 있어서, 상기 광 투과 영역의 형성 재료는 무발포체인 것이 바람직하다. 무발포체이면 광의 산란을 억제할 수 있기 때문에, 정확한 반사율을 검출할 수 있어, 연마의 광학 종점의 검출 정밀도를 높일 수 있다.

또, 상기 광 투과 영역의 연마측 표면에 연마액을 유지·갱신하는 요철 구조를 가지지 않는 것이 바람직하다. 광 투과 영역의 연마측 표면에 마크로한 표면 요철이 있으면, 오목부에 연마 입자 등의 첨가제를 함유한 슬러리가 막혀, 광의 산란·흡수가 일어나, 검출 정밀도에 영향을 미치는 경향이 있다. 또한, 광 투과 영역의 타면측 표면도 마크로한 표면 요철을 가지지 않는 것이 바람직하다. 매크로인 표면 요철이 있으면, 광의 산란이 일어나기 쉽고, 검출 정밀도에 영향을 미칠 우려가 있기 때문이다.

첫 번째 내지 세 번째 본 발명에서, 상기 연마 영역의 형성 재료가 미세 발포체인 것이 바람직하다.

또, 첫 번째 내지 세 번째 본 발명에서, 상기 연마 영역의 연마측 표면에 홈이 설치되어 있는 것이 바람직하다.

또, 상기 미세 발포체의 평균 기포 직경은, 70μm 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50μm 이하이다. 평균 기포 직경이 70μm 이하이면, 평탄성이 양호해진다.

또, 상기 미세 발포체의 비중은, O.5∼1.Og/cm³인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.7∼0.9g/cm³이다. 비중이 O.5g/cm³ 미만인 경우, 연마 영역의 표면의 강도가 저하되어, 피연마 대상물의 평탄성이 저하되고, 또, 1.Og/cm³보다 큰 경우는, 연마 영역의 표면의 미세 기포의 수가 적어져, 평탄성은 양호하지만, 연마 속도가 작아지는 경향이 있다.

또, 상기 미세 발포체의 경도는, 아스카-D 경도로 45∼65도인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 45∼60도이다. 아스카-D 경도가 45도 미만인 경우에는, 피연마 대상물의 평탄성이 저하되고, 65도보다 큰 경우에는, 평탄성은 양호하지만 피연마 대상물의 균일성(uniformity)이 저하되는 경향이 있다.

또, 상기 미세 발포체의 압축율은, 0.5∼5.0%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.5∼3.0%이다. 압축율이 상기 범위 내에 있으면 충분한 평탄성과 균일성을 양립시킬 수 있다. 또, 압축율은 하기 식에 의해 산출되는 값이다.

압축율(%) = {(Tl - T2) / T1} × 100

Tl: 미세 발포체에 무부하 상태에서 30KPa(300g/cm²) 응력의 부하를 60초 동안 유지했을 때의 미세 발포체의 두께

T2: T1의 상태에서 180KPa(1800g/cm²) 응력의 부하를 60초 동안 유지했을 때의 미세 발포체의 두께

또, 상기 미세 발포체의 압축 회복율은, 50∼100%인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 60∼100%이다. 50% 미만인 경우에는, 연마중에 반복된 하중이 연마 영역에 걸리므로, 연마 영역의 두께에 큰 변화가 나타나, 연마 특성의 안정성이 저하되는 경향이 있다. 또, 압축 회복율은 하기 식에 의해 산출되는 값이다.

압축 회복율(%) = {(T3 - T2) / (T1 - T2)} × 100

T3: T2의 상태에서 무부하 상태로 60초 동안 유지하고, 그 후, 30KPa(30Og/cm²) 응력의 부하를 6O초 동안 유지했을 때의 미세 발포체의 두께

또, 상기 미세 발포체의 40℃, 1Hz에서의 저장 탄성율이, 200MPa 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 250MPa 이상이다. 저장 탄성율이 200MPa 미만인 경우에는, 연마 영역의 표면의 강도가 저하되어, 피연마 대상물의 평탄성이 저하되는 경향이 있다. 또, 저장 탄성율이란, 미세 발포체에 동적 점탄성 측정 장치로 인장 시험용 지그(jig)를 이용하여, 정현파 진동을 가공 측정한 탄성율을 말한다.

또, 첫 번째 내지 세 번째 본 발명은, 상기 기재의 연마 패드를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법에 관한 것이다.

도 1은 CMP 연마에 사용되는 종래의 연마 장치의 일례를 나타내는 개략적인 구성도이다.

도 2는 종래의 광 투과 영역을 가지는 연마 패드의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 3은 종래의 광 투과 영역을 가지는 연마 패드의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.

도 4는 세 번째 본 발명의 광 투과 영역을 가지는 연마 패드의 일례를 나타내는 개략도이다.

도 5는 세 번째 본 발명의 광 투과 영역을 가지는 연마 패드의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.

도 6은 세 번째 본 발명의 광 투과 영역을 가지는 연마 패드의 다른 일례를 나타내는 개략도이다.

도 7은 본 발명의 연마 패드의 일례를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 8은 본 발명의 연마 패드의 다른 일례를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 9는 본 발명의 연마 패드의 다른 일례를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 10은 본 발명의 연마 패드의 다른 일례를 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 11은 비교예 3의 연마 패드를 나타내는 개략도이다.

도 12는 본 발명의 종점 검출 장치를 가지는 CMP 연마 장치의 일례를 나타내는 개략적인 구성도이다.

첫 번째 내지 세 번째 본 발명의 연마 패드는, 연마 영역 및 광 투과 영역을 가진다.

첫 번째 본 발명에서의 연마 패드의 광 투과 영역의 형성 재료는, 파장 400∼700nm 전체 영역에서의 광 투과율이 50% 이상이면 특별히 제한되지 않는다.

두 번째 본 발명에서의 연마 패드의 광 투과 영역의 형성 재료는, 파장 600∼700nm 전체 영역에서의 광 투과율이 80% 이상이면 특별히 제한되지 않는다.

세 번째 본 발명에서의 연마 패드의 광 투과 영역의 형성 재료는 특별히 제한되는 것이 아니지만, 측정 파장 영역(일반적으로 400∼700nm)에 있어서 광 투과율이 10% 이상인 것이 바람직하다. 광 투과율이 10% 미만인 경우에는, 연마중에 공급되는 슬러리나 드레싱 흔적 등의 영향으로 반사광이 작아져, 막 두께 검출 정밀도가 저하되거나, 검출되지 않는 경향이 있다.

이와 같은 광 투과 영역의 형성 재료로는, 예를 들면, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화비닐, 폴리데트라플루오로에틸렌, 폴리플루오르화비닐리덴 등), 폴리 스티렌, 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 에폭시 수지 및 감광성 수지 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 또, 연마 영역에 이용되는 형성 재료나 연마 영역의 물성과 유사한 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 연마 중의 드레싱 흔적에 의한 광 투과 영역의 광산란을 억제할 수 있는 내마모성이 높은 폴리우레탄 수지가 바람직하다.

상기 폴리우레탄 수지는, 유기 이소시아네이트, 폴리올 및 체인 연장제로 이루어지는 것이다.

유기 이소시아네이트로는, 2,4-톨루엔디이소시아네이트, 2,6-톨루엔디이소시아네이트, 2,2'-디페닐메탄디이소시아네이트, 2,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트, 1,5-나프탈렌디이소시아네이트, p-페닐렌디이소시아네이트, m-페닐렌디이소시아네이트, p-크실렌디이소시아네이트, m-크실렌디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 1,4-시클로헥산디이소시아네이트, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트, 이소포론디이소시아네이트 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

유기 이소시아네이트로는, 상기 디이소시아네이트 화합물 이외에, 3작용성 이상의 다작용성 폴리이소시아네이트 화합물도 사용 가능하다. 다작용성의 이소시아네이트 화합물로는, 데스모듈 N(바이엘사 제품)이나 상품명 듀라네이트(旭化成工業社 제품)로서 일련의 디이소시아네이트 부가물(adduct)체 화합물이 시판되고 있다. 이들 3작용성 이상의 폴리이소시아네이트 화합물은, 단독으로 사용하면 프레폴리머 합성 시에 겔화하기 쉽기 때문에, 디이소시아네이트 화합물에 첨가하여 사 용하는 것이 바람직하다.

폴리올로는, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜로 대표되는 폴리에테르폴리올, 폴리부틸렌아디핀산로 대표되는 폴리에스테르폴리올, 폴리카프로락톤폴리올, 폴리카프로락톤과 같은 폴리에스테르글리콜과 알킬렌카보네이트의 반응물 등으로 예시되는 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올, 에틸렌카보네이트를 다가 알코올과 반응시키고, 계속해서 얻어진 반응 혼합물을 유기 디카르복시산과 반응시킨 폴리에스테르폴리카보네이트폴리올 및 폴리히드록실 화합물과 알릴카보네이트의 에스테르 교환 반응에 의해 얻어지는 폴리카보네이트폴리올 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

또, 폴리올로서 상술한 폴리올 이외에, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올을 병용할 수도 있다.

체인 연장제로는, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, l,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올류, 또는 2,4-톨루엔디아민, 2,6-톨루엔디아민, 3,5-디에틸-2,4-톨루엔디아민, 4,4'-디-sec-부틸-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,2',3,3'-테트라클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, 3,3'-디에 틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-메틸렌-비스-메틸안트라닐레이트, 4,4'-메틸렌-비스-안트라닐산, 4,4'-디아미노디페닐설포디, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민, 4,4'-메틸렌-비스(3-클로로-2,6-디에틸아민), 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노-5,5'-디에틸디페닐메탄, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 트리메틸렌글리콜디-p-아미노벤조에이트, 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민 등으로 예시되는 폴리아민류를 들 수 있다. 이들은 1종을 사용하거나, 2종 이상을 혼합하더라도 지장 없다. 단, 폴리아민류에 관해서는 자체가 착색되어 있거나, 이들을 이용하여 이루어진 수지가 착색되어 있는 경우도 많기 때문에, 물성이나 광 투과성을 해치지 않는 정도로 배합하는 것이 바람직하다. 또, 방향족 탄화수소기를 가지는 화합물을 이용하면 단파장측에서의 광 투과율이 저하되는 경향이 있기 때문에, 이러한 화합물을 이용하지 않는 것이 특히 바람직하지만, 요구되는 광 투과성을 해치지 않는 정도로 배합할 수도 있다.

상기 폴리우레탄 수지에서의 유기 이소시아네이트, 폴리올 및 체인 연장제의 비는, 각각의 분자량이나 이들로부터 제조되는 광 투과 영역의 원하는 물성 등에 의해 적절하게 변경할 수 있다. 광 투과 영역이 상기 특성을 얻기 위해서는, 폴리올과 체인 연장제의 합계 작용기(수산기 + 아미노기) 수에 대한 유기 이소시아네이트의 이소시아네이트기 수가 0.95∼l.l5인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99∼1.10이다.

상기 폴리우레탄 수지는, 용융법, 용액법 등 공지된 우레탄화 기술을 응용하여 제조할 수 있지만, 비용, 작업 환경 등을 고려할 경우, 용융법으로 제조하는 것 이 바람직하다.

상기 폴리우레탄 수지의 중합 순서로는, 프레폴리머법, 원샷(one shot)법 중의 어느 쪽이나 가능하지만, 사전에 유기 이소시아네이트와 폴리올로부터 이소시아네이트 말단 프레폴리머를 합성해 두고, 이것에 체인 연장제를 반응시키는 프레폴리머법이 일반적이다. 또, 유기 이소시아네이트와 폴리올로부터 제조되는 이소시아네이트 말단 프레폴리머가 시판되고 있는데, 본 발명에 적합한 것이면, 이들을 이용하여, 프레폴리머법에 의해 본 발명에서 사용하는 폴리우레탄을 중합하는 것도 가능하다.

광 투과 영역의 제작 방법은 특별히 제한되지 않고, 공지된 방법에 의해 제작할 수 있다. 예를 들면, 상기 방법에 의해 제조한 폴리우레탄 수지의 블록을 밴드 소(band saw) 방식이나 칸나 방식의 슬라이서(slicer)를 이용하여 소정 두께로 제조하는 방법, 소정 두께의 캐비티를 가진 금형에 수지를 유입시켜 경화시키는 방법, 코팅 기술이나 시트 성형 기술을 이용하는 방법 등이 이용된다. 또, 광 투과 영역에 기포가 있는 경우에는, 광의 산란에 의해 반사광의 감쇠가 커지고, 연마 종점의 검출 정밀도나 막 두께의 측정 정밀도가 저하되는 경향이 있다. 따라서, 이러한 기포를 제거하기 위해서 상기 재료를 혼합하기 전에 10Torr 이하로 감압함으로써 재료 중에 포함되는 기체를 충분히 제거하는 것이 바람직하다. 또, 혼합 후의 교반 공정에서는 기포가 혼입하지 않도록, 통상 이용되는 교반 날개식 믹서의 경우에는, 회전수 100rpm 이하로 교반하는 것이 바람직하다. 또, 교반 공정에서도 감압 하에서 행하는 것이 바람직하다. 또한, 자전 공전식 혼합기는 고회전이라도 기포가 혼입되기 어렵기 때문에, 상기 혼합기를 이용하여 교반, 탈포(脫泡)하는 것도 바람직한 방법이다.

첫 번째 및 두 번째 본 발명에서는, 광 투과 영역의 형상이나 크기는 특별히 제한되는 것이 아니지만, 연마 영역의 개구부와 동일한 형상, 동일한 정도의 크기인 것이 바람직하다.

한편, 세 번째 본 발명에서는, 광 투과 영역은 연마 패드의 원주 방향의 길이(L)에 비해 직경 방향의 길이(D)가 3배 이상이면 특별히 제한되지 않으며, 구체적으로는 도 4∼6 기재의 형상을 예시할 수 있다.

또, 첫 번째 내지 세 번째 본 발명에서는, 광 투과 영역의 두께는 특별히 제한되는 것이 아니지만, 연마 영역의 두께와 동일 두께, 또는 그 이하로 하는 것이 바람직하다. 광 투과 영역이 연마 영역보다 두꺼운 경우에는, 연마중에 돌출된 부분에 의해 피연마 대상물에 상처를 내거나, 피연마 대상물(웨이퍼)이 지지대(연마 헤드)부터 분리될 우려가 있다.

한편, 두 번째 본 발명에 있어서, 광 투과 영역의 두께는 0.5∼4mm이며, 바람직하게는 0.6∼3.5mm이다. 광 투과 영역은, 연마 영역의 두께와 동일 두께 또는 그 이하로 하는 것이 바람직하기 때문이다. 광 투과 영역이 연마 영역보다 두꺼운 경우에는, 연마중에 돌둘된 부분에 의해 피연마 대상물에 상처를 낼 우려가 있다. 한편, 지나치게 얇은 경우에는 내구성이 불충분하게 되거나, 슬러리가 막히기 쉽기 때문에 검출 감도가 저하되는 경향이 있다.

또, 첫 번째 내지 세 번째 본 발명에 있어서, 광 투과 영역의 두께 편차는, 100μm 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50μm 이하이며, 특히 바람직하게는 30μm 이하이다. 두께의 편차가 100μm를 넘는 경우에는, 큰 파동을 가진 것으로 되어, 피연마 대상물에 대한 접촉 상태가 다른 부분이 발생하기 때문에 연마 특성(면내 균일성이나 평탄화 특성 등)에 영향을 미치는 경향이 있다. 특히, 광 투과 영역이 무발포체이며 연마 영역이 미세 발포체인 경우에는, 광 투과 영역의 경도가 연마 영역의 경도보다 상당히 높아지기 때문에, 광 투과 영역의 두께의 편차는 연마 영역의 두께의 편차보다 연마 특성에 미치는 영향이 커지는 경향이 있다.

두께 편차를 억제하는 방법으로는, 소정 두께로 한 시트 표면을 버핑하는 방법을 들 수 있다. 버핑은 입도 등이 다른 연마 시트를 이용하여 단계적으로 행하는 것이 바람직하다. 또, 광 투과 영역을 버핑하는 경우에는, 표면 거칠기는 작으면 작을수록 좋다. 표면 거칠기가 큰 경우에는, 광 투과 영역 표면에서 입사광이 난반사하기 때문에 광 투과율이 내려가고, 검출 정밀도가 저하되는 경향이 있다.

연마 영역의 형성 재료는, 연마층의 재료로서 통상 이용되는 것이면 특별히 제한 없이 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 미세 발포체를 이용하는 것이 바람직하다.

미세 발포체를 사용하면 표면에 있는 기포 부분에 슬러리를 유지할 수 있어, 연마 속도를 크게 높일 수 있다.

연마 영역의 형성 재료로는, 예를 들면, 폴리우레탄 수지, 폴리에스테르 수지, 폴리아미드 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 할로겐계 수지(폴리염화 비닐, 폴리데트라플루오로에틸렌, 폴리불화비닐리덴 등), 폴리스티렌, 올레핀계 수지(폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등), 에폭시 수지 및 감광성 수지 등을 들 수 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도 있으며, 2종 이상을 병용할 수도 있다. 또, 연마 영역의 형성 재료는, 광 투과 영역과 조성이 다를 수도 있지만, 광 투과 영역에 이용되는 형성 재료와 동종의 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

폴리우레탄 수지는 내마모성이 우수하여, 원료 조성을 여러 가지로 바꾸어서 원하는 물성을 가지는 폴리머를 용이하게 얻을 수 있기 때문에, 연마 영역의 형성 재료로서 특히 바람직한 재료이다.

상기 폴리우레탄 수지는, 유기 이소시아네이트, 폴리올, 체인 연장제로 이루어지는 것이다.

사용되는 유기 이소시아네이트는 특별히 제한되지 않는데, 예를 들면 상기 기재의 유기 이소시아네이트를 들 수 있다.

사용되는 폴리올은 특별히 제한되지 않는데, 예를 들면 상기 기재의 폴리올을 들 수 있다. 또, 이들 폴리올의 수평균 분자량은, 특별히 한정되지 않지만, 얻어지는 폴리우레탄의 탄성 특성 등의 관점에서 500∼2000인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 500∼1500이다. 수평균 분자량이 500 미만이면, 이것을 이용한 폴리우레탄은 충분한 탄성 특성을 갖지 않고, 부숴지기 쉬운 폴리머가 된다. 그러므로 이 폴리우레탄으로 제조되는 연마 패드는 지나치게 단단해져서, 피연마 대상물의 연마면의 스크래치의 원인이 된다. 또, 마모되기 쉬우므로, 패드 수명의 관점에서도 바람직하지 않다. 한편, 수평균 분자량이 2000을 넘으면, 이것을 사용한 폴리 우레탄은 부드럽게 되기 때문에, 이 폴리우레탄으로 제조되는 연마 패드는 평탄화 특성이 떨어지는 경향이 있다.

또, 사용하는 폴리올의 분자량 분포(중량 평균 분자량/수평균 분자량)는 1.9 미만인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 1.7 이하이다. 분자량 분포가 1.9 이상의 폴리올을 사용하면, 이로부터 얻어지는 폴리우레탄의 경도(탄성율)의 온도 의존성이 커지고, 이 폴리우레탄으로부터 제조되는 연마 패드는, 온도에 의한 경도(탄성율)의 차이가 커진다. 연마 패드와 피연마 대상물의 사이에는 마찰열이 발생됨으로써, 연마 시의 연마 패드의 온도는 변하게 된다. 따라서, 연마 특성에 차이가 생기므로 바람직하지 않다. 분자량 분포는, 예를 들면, GPC 장치를 이용하여 표준 PPG(폴리프로필렌폴리올)로 환산함으로써 측정할 수 있다.

또, 폴리올로는, 상술한 고분자량의 폴리올 이외에, 에틸렌글리콜, 1,2-프로필렌글리콜, 1,3-프로필렌글리콜, 1,4-부탄디올, 1,6-헥산디올, 네오펜틸글리콜, 1,4-시클로헥산디메탄올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 1,4-비스(2-하이드록시에톡시)벤젠 등의 저분자량 폴리올을 병용할 수도 있다.

또, 폴리올 중의 고분자량 성분과 저분자량 성분의 비는, 이들로부터 제조되는 연마 영역에서 요구되는 특성에 의해 결정할 수 있다.

체인 연장제로는, 2,4-톨루엔디아민, 2,6-톨루엔디아민, 3,5-디에틸-2,4-톨루엔디아민, 4,4'-디-sec-부틸-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노디페닐메탄, 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 2,6-디클로로-p-페닐렌디아민, 4,4'-메틸렌비스(2,3-디클로로아닐린), 2,2',3,3'-테트라클로로-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-디아미노-3,3'-디에틸-5,5'-디메틸디페닐메탄, 3,3'-디에틸-4,4'-디아미노디페닐메탄, 4,4'-메틸렌-비스-메틸안트라닐레이트, 4,4'-메틸렌-비스-안트라닐산, 4,4'-디아미노디페닐술폰, N,N'-디-sec-부틸-p-페닐렌디아민, 4,4'-메틸렌-비스(3-클로로-2,6-디에틸아민), 3,3'-디클로로-4,4'-디아미노-5,5'-디에틸디페닐메탄, 1,2-비스(2-아미노페닐티오)에탄, 트리메틸렌글리콜디-p-아미노벤조에이트 및 3,5-비스(메틸티오)-2,4-톨루엔디아민 등으로 예시되는 폴리아민류 또는 상술한 저분자량 폴리올을 들 수 있다. 이들은 1종을 사용해도 되고, 2종 이상을 병용할 수도 있다.

상기 폴리우레탄 수지에서의 유기 이소시아네이트, 폴리올 및 체인 연장제의 비는, 각각의 분자량이나 이들로부터 제조되는 연마 영역의 원하는 물성 등에 의해 여러 가지로 바꿀 수 있다. 연마 특성이 우수한 연마 영역을 얻기 위해서는, 폴리올과 체인 연장제의 합계 작용기(수산기 + 아미노기) 수에 대한 유기 이소시아네이트의 이소시아네이트기 수는 0.95∼1.15인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 0.99∼1.10이다.

상기 폴리우레탄 수지는, 상기 기재의 방법과 동일한 방법에 의해 제조할 수 있다. 또, 필요에 따라 폴리우레탄 수지에 산화 방지제 등의 안정제, 계면활성제, 윤활제, 안료, 충전제, 대전 방지제, 기타 첨가제를 첨가할 수도 있다.

상기 폴리우레탄 수지를 미세 발포시키는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면 중공 비드를 첨가하는 방법, 기계적 발포법 및 화학적 발포법 등에 의하여 발포시키는 방법 등을 들 수 있다. 또, 각 방법을 병용해도 좋지만, 특히 폴리 알킬실록산과 폴리에테르의 공중합체로서 활성 수소기를 갖지 않는 실리콘계 계면활성제를 사용한 기계적 발포법이 바람직하다. 상기 실리콘계 계면활성제로는 SH-192(도오레 다우코닝실리콘 제품) 등이 바람직한 화합물로서 예시된다.

연마 영역에 이용되는 독립 기포 타입의 폴리우레탄 발포체를 제조하는 방법의 예에 대해 아래에 설명한다. 이러한 폴리우레탄 발포체의 제조 방법은, 이하의 공정을 가진다.

1) 이소시아네이트 말단 프레폴리머의 기포 분산액을 제작하는 교반 공정

이소시아네이트 말단 프레폴리머에 실리콘계 계면활성제를 첨가하여, 비반응성 기체와 교반하여, 비반응성 기체를 미세 기포로 분산시켜 기포 분산액으로 사용한다. 이소시아네이트 말단 프레폴리머가 상온에서 고체인 경우에는 적절한 온도로 예열하고, 용융하여 사용한다.

2) 경화제(체인 연장제) 혼합 공정

상기의 기포 분산액에 체인 연장제를 첨가하여, 혼합 교반한다.

3) 경화공정

체인 연장제를 혼합한 이소시아네이트 말단 프레폴리머를 주형하여, 가열 경화시킨다.

미세 기포를 형성하기 위해서 사용되는 비반응성 기체로는, 가연성이 아닌 것이 바람직하고, 구체적으로는 질소, 산소, 탄산 가스, 헬륨이나 아르곤 등의 비활성 가스나 이들의 혼합 기체를 예시할 수 있으며, 건조하여 수분을 제거한 공기의 사용이 비용적으로도 가장 바람직하다.

비반응성 기체를 미세 기포형으로 하여 실리콘계 계면활성제를 포함하는 이소시아네이트 말단 프레폴리머에 분산시키는 교반 장치로는, 공지된 교반 장치를 특별한 제한 없이 사용 가능하며, 구체적으로는 호모지나이저, 배합기, 2축 유성형 믹서(planetary mixer) 등을 예시할 수 있다. 교반 장치의 교반 날개의 형상도 특별히 제한되지 않지만, 휘퍼형의 교반 날개의 사용하면 미세 기포가 얻어지기 때문에 바람직하다.

또, 교반 공정에서 기포 분산액을 작성하는 교반과, 혼합 공정에서의 체인 연장제를 첨가하여 혼합하는 교반은, 다른 교반 장치를 사용하는 것도 바람직한 양태이다. 특히 혼합 공정에서의 교반은 기포를 형성하지 않아도 되고, 큰 기포를 말려들게 하지 않는 교반 장치의 사용이 바람직하다. 이러한 교반 장치로는, 유성형 믹서가 적절하다. 교반 공정과 혼합 공정의 교반 장치를 동일한 교반 장치를 사용하더라도 지장은 없고, 필요에 따라 교반 날개의 회전 속도를 조정하는 등의 교반 조건을 조정하는 것도 가능하다.

상기 폴리우레탄 미세 발포체의 제조 방법에서는, 기포 분산액을 형에 유입시켜 유동하지 않을 때까지 반응시킨 발포체를, 가열, 후경화(post-cure)하는 것이 발포체의 물리적 특성을 향상시키는 효과가 있고, 매우 적절하다. 금형에 기포 분산액을 유입시켜 즉시 가열 오븐에 넣어 후경화해도 되고, 그와 같은 조건 하에서도 곧 반응 성분에 열이 전달되지 않기 때문에, 기포 직경이 커지는 것은 아니다. 경화 반응은, 상압에서 행하는 것이 기포 형상이 안정되기 때문에 바람직하다.

상기 폴리우레탄 수지의 제조에 있어서, 제3급 아민계, 유기 주석계 등의 공 지된 폴리우레탄 반응을 촉진하는 촉매를 사용해도 좋다. 촉매의 종류, 첨가량은 혼합 공정 후, 소정 형상의 형에 유입시키는 유동 시간을 고려하여 선택한다.

상기 폴리우레탄 발포체의 제조는, 용기에 각 성분을 계량하고, 투입하여, 교반하는 배치(batch) 방식이 될 수도 있고, 교반 장치에 각 성분과 비반응성 기체를 연속적으로 공급하고 교반하여, 기포 분산액을 송출하여 성형품을 제조하는 연속 생산 방식이 될 수도 있다.

연마층이 되는 연마 영역은, 이상과 같이 하여 제작된 폴리우레탄 발포체를 소정의 사이즈로 재단하여 제조된다.

첫 번째 및 세 번째 본 발명에 있어서, 미세 발포체로 이루어지는 연마 영역은, 피연마 대상물과 접촉하는 연마측 표면에, 슬러리를 유지·갱신하기 위한 홈이 설치되어 있는 것이 바람직하다. 상기 연마 영역은, 미세 발포체로 형성되므로 연마 표면에 많은 개구를 가지고, 슬러리를 유지하는 작용을 하지만, 더욱 슬러리의 유지성과 슬러리의 갱신을 효율적으로 행하기 위해서, 또한 피연마 대상물과의 흡착에 의한 피연마 대상물의 파괴를 방지하기 위해서도, 연마측 표면에 홈을 가지는 것이 바람직하다. 홈은, 슬러리를 유지·갱신하는 표면 형상이면 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, XY 격자 홈, 동심원상 홈, 관통공, 관통하지 않는 구멍, 다각 기둥, 원주, 나선형 홈, 편심원형 홈, 방사상 홈 및 이들 홈을 조합한 것을 들 수 있다. 또, 홈 피치(pitch), 홈 폭, 홈 깊이 등도 특별히 제한되지 않고 적절하게 선택하여 형성된다. 또한, 이들 홈은 규칙성이 있는 것이 일반적이지만, 슬러리의 유지·갱신을 바람직하게 하기 위해, 어느 범위마다 홈 피치, 홈 폭, 홈 깊이 등을 변화시키는 것도 가능하다.

상기 홈의 형성 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 소정 사이즈의 바이트(bite)와 같은 지그를 이용하여 기계 절삭하는 방법, 소정의 표면 형상을 가진 금형에 수지를 주입하여 경화시키는 방법, 소정의 표면 형상을 가진 프레스 판으로 수지를 프레스하여 형성하는 방법, 포토리소그래피를 이용하여 형성하는 방법, 인쇄 방법을 이용하여 형성하는 방법, 및 탄산 가스 레이저 등을 이용한 레이저광에 의해 형성하는 방법 등을 들 수 있다.

연마 영역의 두께는 특별히 제한되지 않지만, 0.8∼2.0mm 정도이다. 상기 두께의 연마 영역을 제작하는 방법으로는, 상기 미세 발포체의 블록을 밴드 소 방식이나 칸나 방식의 슬라이서를 이용하여 소정 두께로 하는 방법, 소정 두께의 캐비티를 가진 금형에 수지를 유입시켜 경화시키는 방법 및 코팅 기술이나 시트 성형 기술을 이용한 방법 등을 들 수 있다.

또, 연마 영역의 두께의 편차는, 10Oμm 이하인 것이 바람직하고, 특히 50μm 이하인 것이 바람직하다. 두께의 편차가 100μm을 넘는 경우에는, 연마 영역이 큰 파동을 가진 것으로 되어, 피연마 대상물에 대한 접촉 상태가 다른 부분이 발생하기 때문에 연마 특성에 악 영향을 주는 경향이 있다. 또, 연마 영역의 두께의 편차를 해소하기 위해, 일반적으로는 연마 초기에 연마 영역의 표면을 다이아몬드 연마 입자를 전착 또는 융착시킨 드레서를 이용하여 드레싱하지만, 상기 범위를 넘는 것은 드레싱 시간이 길어져, 생산 효율을 저하시킨다. 또, 두께의 편차를 억제하는 방법으로는, 소정 두께로 연마 영역 표면을 버핑하는 방법도 있다. 버핑할 때는, 입도 등이 다른 연마 시트로 단계적으로 행하는 것이 바람직하다.

연마 영역 및 광 투과 영역을 가지는 연마 패드의 제조 방법은 특별히 제한되지 않고, 여러 방법을 고려할 수 있지만, 구체적인 예를 이하에 설명한다. 또, 하기 구체적인 예에서는 쿠션층을 설치한 연마 패드에 대해 기재하고 있지만, 쿠션층을 설치하지 않은 연마 패드가 될 수도 있다.

우선 첫 번째 예는, 도 7에 도시한 바와 같이, 소정의 크기로 개구된 연마 영역(9)을 양면 테이프(10)와 붙이고, 그 밑에 연마 영역(9)의 개구부와 일치하도록, 소정의 크기로 개구된 쿠션층(11)을 붙인다. 다음에, 쿠션층(11)에 이형지(離型紙)(13)가 붙은 양면 테이프(12)를 서로 붙이고, 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워 넣어, 붙이는 방법이다.

두 번째 구체적인 예로는, 도 8에 도시한 바와 같이, 소정의 크기로 개구된 연마 영역(9)을 양면 테이프(10)와 붙이고, 그 밑에 쿠션층(11)을 붙인다. 그 후, 연마 영역(9)의 개구부와 일치하도록, 양면 테이프(10) 및 쿠션층(11)을 소정의 크기로 개구시킨다. 다음에, 쿠션층(11)에 이형지(13)가 붙은 양면 테이프(12)를 서로 붙이고, 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워 넣어, 붙이는 방법이다.

세 번째 구체적인 예로는, 도 9에 도시한 바와 같이, 소정의 크기로 개구된 연마 영역(9)을 양면 테이프(10)와 붙이고, 그 밑에 쿠션층(11)을 붙인다. 다음에, 쿠션층(11)의 반대면에 이형지(13)가 붙은 양면 테이프(12)를 서로 붙인 후, 연마 영역(9)의 개구부와 일치하도록, 양면 테이프(10)로부터 이형지(13)까지 소정 의 크기로 개구시킨다. 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워 넣어, 붙이는 방법이다. 또 이 경우, 광 투과 영역(8)의 반대측이 개방된 상태가 되므로, 먼지 등이 쌓일 가능성이 있기 때문에, 그것을 막는 부재(14)를 장착하는 것이 바람직하다.

네 번째의 구체적인 예로는, 도 10에 도시한 바와 같이, 이형지(13)가 붙은 양면 테이프(12)를 붙인 쿠션층(11)을 소정의 크기로 개구시킨다. 다음에 소정의 크기로 개구된 연마 영역(9)을 양면 테이프(10)와 붙이고, 이들을 개구부가 일치하도록 붙여 합친다. 그리고 연마 영역(9)의 개구부에 광 투과 영역(8)을 끼워 넣어, 붙이는 방법이다. 또 이 경우, 연마 영역의 반대측이 개방된 상태가 되어, 먼지 등이 쌓일 가능성이 있기 때문에, 그것을 막는 부재(14)를 장착하는 것이 바람직하다.

상기 연마 패드의 제조 방법에 있어서, 연마 영역이나 쿠션층 등을 개구시키는 수단은 특별히 제한된 것이 아니지만, 예를 들면, 절삭 능력을 갖는 지그를 프레스하여 개구시키는 방법, 탄산 레이저 등에 의한 레이저를 이용하는 방법 및 바이트와 같은 지그로써 연삭하는 방법 등을 들 수 있다. 또, 첫 번째 및 두 번째 본 발명의 연마 영역의 개구부의 크기나 형상은 특별히 제한되지 않는다.

상기 쿠션층은, 연마 영역(연마층)의 특성을 보충하는 것이다. 쿠션층은, CMP에서, 상호 모순적인(trade-off) 관계에 있는 평탄성와 균일성의 양자를 양립시키기 위해서 필요한 것이다. 평탄성이란, 패턴 형성 시에 발생하는 미소 요철이 있는 피연마 대상물을 연마했을 때의 패턴부의 평탄성을 말하며, 균일성이란, 피연 마 대상물 전체의 균일성을 말한다. 연마층의 특성에 따라 평탄성이 개선되며, 쿠션층의 특성에 따라 균일성이 개선된다. 본 발명의 연마 패드에서는, 쿠션층은 연마층보다 부드러운 것을 이용하는 것이 바람직하다.

상기 쿠션층의 형성 재료는 특별히 제한되지 않지만, 예를 들면, 폴리에스테르 부직포, 나일론 부직포, 아크릴 부직포 등의 섬유 부직포, 폴리우레탄을 함침한 폴리에스테르 부직포와 같은 수지 함침 부직포, 폴리우레탄 폼, 폴리에틸렌 폼 등의 고분자 수지 발포체, 부타디엔 고무, 이소프렌 고무 등의 고무성 수지 및 감광성 수지 등을 들 수 있다.

연마 영역(9)에 이용되는 연마층과 쿠션층(11)을 붙이는 수단으로는, 예를 들면, 연마 영역과 쿠션층에 양면 테이프를 끼우고, 프레스하는 방법을 들 수 있다.

양면 테이프는, 부직포나 필름 등의 기재의 양면에 접착층을 설치한 일반적인 구성을 가지는 것이다. 쿠션층에 슬러리의 침투 등을 방지해야 하므로, 기재로서 필름을 이용하는 것이 바람직하다. 또, 접착층의 조성으로는, 예를 들면, 고무계 접착제나 아크릴계 접착제 등을 들 수 있다. 금속 이온의 함유량을 고려하면, 아크릴계 접착제는 금속 이온 함유량이 적기 때문에 바람직하다. 또, 연마 영역과 쿠션층은 조성이 다를 수도 있으므로, 양면 테이프의 각 접착층의 조성을 다르게 하여, 각 층의 접착력을 적정해지도록 하는 것도 가능하다.

쿠션층(11)과 양면 테이프(12)를 붙이는 수단으로는, 쿠션층에 양면 테이프를 프레스하여 접착하는 방법을 들 수 있다.

상기 양면 테이프는, 전술한 바와 같이 부직포나 필름 등의 기재의 양면에 접착층을 설치한 일반적인 구성을 가지는 것이다. 연마 패드의 사용 후에, 플래튼(platen)으로부터 벗겨지므로, 기재에 필름을 이용하면 테이프 나머지 등을 해소할 수 있기 때문에 바람직하다. 또, 접착층의 조성은 전술한 바와 동일하다.

상기 부재(14)는, 개구부를 막는 것이면 특별히 제한되지 않는다. 단, 연마를 행할 때는, 박리 가능해야 한다.

반도체 장치는, 상기 연마 패드를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 거쳐서 제조된다. 반도체 웨이퍼란, 일반적으로 실리콘 웨이퍼 상에 배선 금속 및 산화막을 적층한 것이다. 반도체 웨이퍼의 연마 방법, 연마 장치는 특별히 제한되지 않고, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같이 연마 패드(1)를 지지하는 연마 정반(2)과, 반도체 웨이퍼(4)를 지지하는 지지대(연마 헤드)(5)와 웨이퍼를 균일 가압하기 위한 지지재와, 연마제(3)의 공급 기구를 구비한 연마 장치 등을 이용하여 행해진다. 연마 패드(1)는, 예를 들면, 양면 테이프로 접착시킴으로써, 연마 정반(2)에 장착된다. 연마 정반(2)과 지지대(5)와, 각각 지지된 연마 패드(1)와 반도체 웨이퍼(4)가 대향하도록 배치되고, 각각 회전축(6, 7)을 구비하고 있다. 또, 지지대(5)측에는, 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하기 위한 가압 기구가 설치되어 있다. 연마에 있어서는, 연마 정반(2)과 지지대(5)를 회전시키면서 반도체 웨이퍼(4)를 연마 패드(1)에 가압하여, 슬러리를 공급하면서 연마한다. 슬러리의 유량, 연마 하중, 연마 정반 회전수 및 웨이퍼 회전수는 특별히 제한되지 않고, 적절하게 조정할 수 있다.

이에 따라 반도체 웨이퍼(4)의 표면의 돌출된 부분이 제거되어 평탄형으로 연마된다. 그 후, 다이싱, 본딩, 포장 등을 함으로써 반도체 장치가 제조된다. 반도체 장치는 연산 처리 장치나 메모리 등에 이용된다.

실시예

이하, 첫 번째 내지 세 번째 본 발명의 구성과 효과를 구체적으로 나타내는 실시예 등에 대하여 설명한다. 또, 실시예 등에서의 평가 항목은 하기와 같이 측정했다.

(첫 번째 발명에서의 광 투과율 측정)

제작한 광 투과 영역 부재를 2cm × 6cm(두께: 임의)의 크기로 잘라내어 광 투과율 측정용 시료로 사용했다. 분광 광도계(日立製作所 제품, U-3210 Spectro Photometer)를 이용하여, 측정 파장역 300∼700nm에서 측정했다. 이들 광 투과율의 측정 결과를 Lambert-Beer의 법칙을 이용하여, 두께 1mm의 광 투과율로 환산했다.

(두 번째 발명에서의 광 투과율 측정)

제작한 광 투과 영역 부재를 2cm× 6cm(두께: 1.25mm)의 크기로 잘라내어 광 투과율 측정용 시료로 사용했다. 분광 광도계(日立製作所 제품, U-3210 Spectro Photometer)를 이용하여, 측정 파장역 600∼700nm에서 측정했다. 이들 광 투과율의 측정 결과를 Lambert-Beer의 법칙을 이용하여, 두께 1mm의 광 투과율로 환산했다.

(평균 기포 직경 측정)

두께 1mm 정도가 되도록 얇게 마이크로톰 커터로 평행하게 잘라낸 연마 영역을 평균 기포 직경 측정용 시료로 사용했다. 시료를 슬라이드 글라스 상에 고정하여, 화상 처리 장치(東洋紡績社 제품, Image Analyzer V10)를 이용하고, 임의의 0.2mm × 0.2mm 범위의 전체 기포 직경을 측정하여, 평균 기포 직경을 산출했다.

(비중 측정)

JIS Z8807-1976에 준거하여 행했다. 4cm × 8.5cm의 직사각형(두께: 임의)으로 잘라낸 연마 영역을 비중 측정용 시료로 사용하여, 온도 23℃±2℃로, 습도 50%±5%의 환경에서 16시간 정치했다. 측정에는 비중계(자르트리우스사 제품)를 이용하여, 비중을 측정했다.

(아스카-D 경도 측정)

JIS K6253-1997에 준거하여 행했다. 2cm × 2cm(두께: 임의)의 크기로 잘라낸 연마 영역을 경도 측정용 시료로 사용하여, 온도 23℃±2℃, 습도 50%±5%의 환경에서 16시간 정치했다. 측정 시에는, 시료를 겹쳐, 두께 6mm 이상으로 했다. 경도계(高分子計器社 제품, 아스카-D형 경도계)를 이용하여, 경도를 측정했다.

(압축율 및 압축 회복율 측정)

직경 7mm의 원(두께: 임의)으로 잘라낸 연마 영역(연마층)을 압축율 및 압축 회복율 측정용 시료로 사용하여, 온도 23℃±2℃, 습도 50%±5%의 환경에서 40시간 정치했다. 측정에는 열분석 측정기 TMA(SEIKO INSTRUMENTS 제품, SS6000)를 이용하여, 압축율과 압축 회복율을 측정했다. 또, 압축율과 압축 회복율의 계산식은 하기와 같다.

압축율(%) = {(T1 - T2) / T1} × 100

Tl: 연마층에 무부하 상태에서 30KPa(300g/cm²) 응력의 부하를 60초 동안 유지했을 때의 연마층 두께

T2: T1의 상태에서 180KPa(1800g/cm²) 응력의 부하를 60초 동안 유지했을 때의 연마층 두께

압축 회복율(%) = {(T3 - T2) / (Tl - T2)} ×100

T2: T1의 상태로에서 180KPa(l800g/cm²) 응력의 부하를 60초 동안 유지했을 때의 연마층 두께

T3: T2의 상태에서 무부하 상태로 60초 동안 유지하고, 그 후, 30KPa(30O g/cm²) 응력의 부하를 6O초 동안 유지했을 때의 연마층 두께

(저장 탄성율 측정)

JIS K7198-1991에 준거하여 행했다. 3mm × 40mm의 직사각형(두께: 임의)으로 잘라낸 연마 영역을 동적 점탄성 측정용 시료로 사용하여, 23℃의 환경 조건으로, 실리카겔을 넣은 용기 내에 4일간 정치했다. 잘라낸 후의 각 시트의 정확한 폭 및 두께의 계측은 마이크로미터로써 행했다. 측정에는 동적 점탄성 스펙트로미터(岩本製作所 제품, 현 아이에스技硏)를 이용하여, 저장 탄성율 E'를 측정했다. 그 때의 측정 조건은 하기와 같다.

<측정 조건>

측정 온도 : 40℃

인가 왜곡 : 0.03%

초기 하중 : 20g

주파수 : 1Hz

(첫 번째 발명에서의 막 두께 검출 평가)

웨이퍼의 막 두께의 광학적 검출 평가는 다음과 같은 방법으로 행했다. 웨이퍼로서, 8인치의 실리콘 웨이퍼에 열산화막을 1μm 제막한 것을 이용하고, 그 위에, 두께 1.27mm의 광 투과 영역 부재를 설치했다. 간섭식 막 두께 측정 장치(大塚電子社 제품)를 이용하여, 파장 영역 400∼800nm에서 막 두께 측정을 수회 행했다. 산출되는 막 두께 결과 및 각 파장에서의 간섭광의 산과 골의 상황을 확인하고, 이하의 기준으로 막 두께 검출 평가를 했다.

◎: 매우 재현성이 좋고, 막 두께가 측정된다.

○: 재현성이 좋고, 막 두께가 측정된다.

×: 재현성이 나쁘고, 검출 정밀도가 불충분하다.

(두 번째 발명에서의 막 두께 검출 평가)

웨이퍼의 막 두께의 광학적 검출 평가는 다음과 같은 방법으로 행했다. 웨이퍼로서, 8인치의 실리콘 웨이퍼에 열산화막을 1μm 제막한 것을 이용하고, 그 위에, 두께 l.25mm의 광 투과 영역 부재를 설치했다. He-Ne 레이저에 의한 간섭식 막 두께 측정 장치를 이용하여, 파장 633nm에서 막 두께 측정을 수회 행했다. 산출되는 막 두께 결과 및 간섭광의 산과 골의 상황을 확인하고, 이하의 기준으로 막 두께 검출 평가를 했다.

○: 재현성이 좋고, 막 두께가 측정된다.

×: 재현성이 나쁘고, 검출 정밀도가 불충분하다.

(세 번째 발명에서의 막 두께 검출 평가)

웨이퍼의 막 두께의 광학적 검출 평가는 다음과 같은 방법으로 행했다. 웨이퍼로서, 8인치의 실리콘 웨이퍼에 열산화막을 1μm 제막한 것을 이용했다. 이 웨이퍼의 노치 부분과 중심을 연결하는 라인 상의 막 두께를 간섭식 막 두께 측정 장치(大塚電子社 제품)를 이용하여 3mm 간격으로 33점 측정하여, 그 평균값을 평균막 두께(1)로 했다. 다음에, 실시예 및 비교예의 연마 패드의 광 투과 영역을 상기 라인과 일치하도록 웨이퍼에 각각 실어, 동일하게 간섭식 막 두께 측정 장치를 이용하여 3mm 간격으로 막 두께를 측정하고, 그 평균값을 평균막 두께(2)로 했다. 그리고, 평균막 두께(1)와 평균막 두께(2)를 비교하고, 이하의 기준으로 막 두께 검출 평가를 했다.

○: 매우 재현성이 좋고, 막 두께가 측정된다.

△: 어느 정도 재현되고, 막 두께가 측정된다.

×: 재현성이 나쁘고, 검출 정밀도가 불충분하다.

(광 투과 영역의 두께 편차의 측정방법)

마이크로미터(Mitutoyo社 제품)를 이용하여 제조한 광 투과 영역의 장변 방 향의 중심선을 따라 5mm 간격으로 두께를 측정했다. 각 측정값의 최대치와 최소치의 차이를 두께 편차로 했다.

(연마 특성의 평가)

연마 장치로서 SPP600S(岡本工作機械社 제품)로 제작된 연마 패드를 이용하여, 연마 특성을 평가했다. 연마 속도는, 8인치의 실리콘 웨이퍼에 열산화막을 1μm 제막한 것을, 약 0.5μm 연마하여, 이 때의 시간으로부터 산출했다. 산화막의 막 두께 측정에는, 간섭식 막 두께 측정 장치(大塚電子社 제품)를 이용했다. 연마 조건으로는, 슬러리로서 실리카 슬러리(SSl2, 캐봇트社 제품)를 연마중에 유량 150ml/min로 첨가했다. 연마 하중으로는 350g/cm², 연마 정반 회전수 35rpm, 웨이퍼 회전수 30rpm으로 했다.

평탄화 특성의 평가로서는, 8인치 실리콘 웨이퍼에 열산화막을 0.5μm 퇴적시킨 후, 소정의 패터닝을 행하고, p-TEOS에서 산화막을 1μm 퇴적시키고, 초기 단차 0.5μm의 패턴이 부착된 웨이퍼를 제작했다. 이 웨이퍼를 전술한 조건으로 연마한 후, 각 단차를 측정하여 평탄화 특성을 평가했다. 평탄화 특성으로는 2개의 단차를 측정했다. 하나는 로컬 단차이며, 이것은 폭 270μm의 라인이 30μm의 간격으로 정렬한 패턴에서의 단차이며, 1분 후의 단차를 측정했다. 또 하나는 연마량이며, 폭 270μm의 라인이 30μm의 간격으로 정렬한 패턴과 폭 30μm의 라인이 270μm의 간격으로 정렬한 패턴에 있어서, 상기의 2종의 패턴의 라인 상부의 단차가 2000Å 이하로 될 때의 270μm의 간격의 연마량을 측정했다. 로컬 단차의 값이 낮으면 웨이퍼 상의 패턴 의존에 의해 발생한 산화막의 요철에 대하여, 어떤 시간에 있어서 평탄화되는 속도가 빠른 것을 나타낸다. 또, 공간의 연마량이 적으면 연마되지 말아야 할 부분의 연마량이 적고 평탄성이 높은 것을 나타낸다.

면 내 균일성은, 웨이퍼의 임의의 25점의 막 두께 측정값으로부터 하기 식에 의해 산출했다. 또, 면 내 균일성의 값이 작을수록 웨이퍼 표면의 균일성이 높은 것을 나타낸다.

면 내 균일성(%) = (막 두께 최대값 - 막 두께 최소값) / (막 두께 최대값 + 막 두께 최소값)

<첫 번째 본 발명>

〔광 투과 영역의 제작〕

제조예 1

아디프산과 헥산디올로 이루어지는 폴리에스테르폴리올(수평균 분자량 2440) 125중량부 및 1,4-부탄디올 31중량부를 혼합하고, 70℃로 온도 조절했다. 이 혼합액에, 미리 70℃로 온도 조절한 4,4'-디페닐메탄디이소시아네이트 100중량부를 가하여, 약 1분 동안 교반했다. 그리고, 100℃로 보온한 용기에 상기 혼합액을 유입시켜, 100℃에서 8시간 후경화하여 폴리우레탄 수지를 제작했다. 제작한 폴리우레탄 수지를 이용하여, 인젝션 성형으로 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 1.25mm)을 제작했다. 제작한 광 투과 영역의 광 투과율 및 변화율을 표 1에 나타내었다.

제조예 2

제조예 1에 있어서, 아디프산과 헥산디올로 이루어지는 폴리에스테르폴리올(수평균 분자량 1920) 77중량부 및 1,4-부탄디올 32중량부로 변경한 것 이외에는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 광 투과 영역(세로 57mm, 세로 l9mm, 두께 1.25mm)을 제작했다. 제작한 광 투과 영역의 광 투과율 및 변화율을 표 1에 나타내었다.

제조예 3

제조예 1에 있어서, 폴리올로서 폴리테트라메틸렌글리콜(수평균 분자량 890) 114중량부 및 1,4-부탄디올 24중량부로 변경한 것 이외에는 제조예 1과 동일한 방법에 의해 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 1.25mm)을 제작했다. 제작한 광 투과 영역의 광 투과율 및 변화율을 표 1에 나타내었다.

제조예 4

70℃로 온도 조절한 이소시아네이트 말단 프레폴리머(유니로얄社 제품, L-325, NCO 함유율: 9.15중량%) 100중량부를 감압 탱크로 계량하여, 감압(약 l 0Torr)에 의해 프레폴리머 중에 잔존하는 기체를 탈포시켰다. 탈포한 상기 프레폴리머에, 120℃에서 용해시킨 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미컬社 제품, 이하라큐아민MT) 26중량부를 가하여, 하이브리드 믹서(기엔스社 제품)를 이용하여 교반·혼합했다. 그리고 상기 혼합물을 형에 유입시켜, 110℃의 오븐에서 8시간 후경화하고 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 1.25mm)을 제작했다. 제작한 광 투과 영역의 광 투과율 및 변화율을 표 1에 나타내었다.

〔연마 영역의 제작〕

플루오르 코팅한 반응 용기 내에, 필터링한 폴리에테르계 프레폴리머(유니로 얄社 제품, 아디프렌 L-325, NCO 농도: 2.22meq/g) 10O중량부 및 필터링한 실리콘계 비이온 계면활성제(도오레·도우실리콘社 제품, SHl92) 3중량부를 혼합하고, 온도를 80℃로 조정했다. 플루오르 코팅한 교반 날개를 이용하여, 회전수 900rpm에서 반응계 내에 기포를 받아들이도록 약 4분 동안 격렬히 교반했다. 거기에 미리 120℃로 용융하여, 필터링한 4,4'-메틸렌비스{o-클로로아닐린}(이하라케미컬社 제품, 이하라큐아민MT) 26중량부를 첨가했다. 그 후, 약 1분 동안 교반을 계속하여 플루오르 코팅한 팬형의 오픈 몰드에 반응 용액을 유입시켰다. 이 반응 용액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐에 넣어, 110℃에서 6시간 후경화하여 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 얻었다. 이 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 밴드 소 타입의 슬라이서(펙켄社 제품)를 이용하여 슬라이스화하여, 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻었다. 다음에 이 시트를 버핑기(아미텍크社 제품)를 사용하여, 소정의 두께로 표면 버핑 처리를 하여, 두께 정밀도를 구비한 시트로 했다(시트 두께: 1.27mm). 이 버핑 처리한 시트를 소정의 직경(61cm)으로 구멍을 뚫고, 홈 가공기(東邦鋼機社 제품)를 이용하여 표면에 홈 폭 0.25mm, 홈피치 1.50mm, 홈깊이 0.40mm의 동심원상의 홈 가공을 행했다. 이 시트의 홈 가공면과 반대측 면에 적층기를 사용하여, 양면 테이프(積水化學工業社 제품, 더블 점성 테이프)를 붙인 후, 이 홈 가공한 시트의 소정 위치에 광 투과 영역을 끼워 넣기 위한 구멍(두께 1.27mm, 57.5mm × 19.5mm)을 뚫어 양면 테이프 첨부 연마 영역을 제작했다. 제작한 연마 영역의 각 물성은, 평균 기포 직경 45μm, 비중 0.86g/cm³, 아스카-D 경도 53도, 압축율 1.0%, 압축 회복율 65.0%, 저장 탄성율 275MPa였다.

〔연마 패드의 제작〕

실시예 1

표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도오레社 제품, 토레페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어진 쿠션층을 상기 제작한 양면 테이프 첨부 연마 영역의 점착면에, 적층기를 이용하여 붙였다. 또 쿠션층 표면에 양면 테이프를 붙였다. 그 후, 연마 영역의 광 투과 영역을 끼워 넣기 위해서 구멍을 뚫은 구멍 부분 내에, 51mm × 13mm의 크기로 쿠션층에 구멍을 뚫었다. 그 후, 제조예 1에서 제작한 광 투과 영역을 끼워 넣어, 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성 등을 표 1에 나타내었다.

실시예 2

제조예 2에서 제작한 광 투과 영역을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성 등을 표 l에 나타내었다.

실시예 3

제조예 3에서 제작한 광 투과 영역을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성 등을 표 1에 나타내었다.

비교예 1

제조예 4에서 제작한 광 투과 영역을 이용하여, 실시예 1과 동일한 방법에 의해 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성 등을 표 1에 나타내었다.

표 1로부터, 파장 400∼700nm에서의 광 투과 영역의 광 투과율이 50% 이상인 경우(실시예 l∼3)에서는 연마 특성에 영향을 미치지 않고 재현성이 좋은 웨이퍼의 종점 검출이 가능한 것을 알 수 있다.

<두 번째 본 발명>

〔광 투과 영역의 제작〕

제조예 5

70℃로 온도 조절한 이소시아네이트 말단 프레폴리머(유니로얄社 제품, L-325, NCO 함유율: 9.15중량%) 150중량부를 감압 탱크로 계량하여, 감압(약 10Torr)에 의해 프레폴리머 중에 잔존하는 기체를 탈포시켰다. 탈포한 상기 프레폴리머에, 120℃에서 용해시킨 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미컬社 제품, 이하라큐아민MT) 39중량부를 더하여, 자전 공전식 믹서(싱키社 제품)를 이용하여, 회전수 800rpm에서 3분 동안 교반했다. 그리고 상기 혼합물을 형에 유입시켜, 110℃의 오븐에서 8시간 후경화하여 광 투과 영역 부재를 제작했다. 그리고, 광 투과 영역 부재로부터 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 1.25mm)을 잘라내었다. 육안으로 관찰한 바, 상기 광 투과 영역에는 기포가 전혀 없었다. 제작한 광 투과 영역의 광 투과율을 표 2에 나타내었다.

제조예 6

톨루엔디이소시아네이트(2,4-형 / 2,6-형 = 80 / 20의 혼합물) 1000중량부, 4,4'-디시클로헥실메탄디이소시아네이트 168중량부, 폴리테트라메틸렌글리콜(수평균 분자량: 1012) 1678중량부 및 1,4-부탄디올 150중량부를 혼합하고, 80℃에서 150분 동안 가열 교반하여, 이소시아네이트 말단 프레폴리머(이소시아네이트당량: 2.20meq/g)를 조제했다. 이 프레폴리머 10O중량부를 감압 탱크로 계량하여, 감압(약 10Torr)에 의해 프레폴리머 중에 잔존하는 기체를 탈포시켰다. 탈포한 상기 프레폴리머에, 120℃에서 용해시킨 상기 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린) 29중량부를 가하여, 자전 공전식 믹서(싱키社 제품)를 이용하여, 회전수 800rpm에서 3분 동안 교반했다. 그리고 상기 혼합물을 형에 유입시켜, 110℃의 오븐에서 8시간 후경화하여 광 투과 영역 부재를 제작했다. 그리고, 광 투과 영역 부재로부터 광 투과 영역(세로 57mm, 세로 19mm, 두께 1.25mm)을 잘라내었다. 육안으로 관찰한 바, 상기 광 투과 영역에는 기포가 전혀 없었다. 제작한 광 투과 영역의 광 투과율을 표 2에 나타내었다.

제조예 7

아디프산과 헥산디올로 이루어지는 폴리에스테르폴리올(수평균 분자량 2440) 120중량부 및 1,4-부탄디올 30중량부를 혼합하고, 70℃로 온도 조절했다. 이 혼합액에, 미리 70℃로 온도 조절한 4,4'-디페닐메타디디이소시아네이트 100중량부를 가하여, 하이브리드 믹서(기엔스社 제품)를 이용하여, 회전수 500rpm에서 1분 동안 교반했다. 그리고, 100℃로 보온한 용기에 상기 혼합액을 유입시켜, 100℃에서 8시간 후경화하여 폴리우레탄 수지를 제작했다. 제작한 폴리우레탄 수지를 이용하여, 인젝션 성형으로 광 투과 영역 부재를 제작했다. 그리고, 광 투과 영역 부재로부터 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 1.25mm)를 잘라내었다. 육안으로 관찰한 바, 상기 광 투과 영역에는 기포가 다소 함유되어 있었다. 제작한 광 투과 영역의 광 투과율을 표 2에 나타내었다.

〔연마 영역의 제작〕

플루오르 코팅한 반응 용기 내에, 여과한 폴리에테르계 프레폴리머(유니로얄社 제품, 아디프렌 L-325, NCO 농도: 2.22meq/g) 10O중량부 및 필터링한 실리콘계 비이온 계면활성제(도오레·다우실리콘社 제품, SH192) 3중량부를 혼합하고, 온도를 80℃로 조정했다. 플루오르 코팅한 교반 날개를 이용하여, 회전수 90Orpm에서 반응계 내에 기포를 받아들이도록 약 4분 동안 격렬히 교반했다. 거기에 미리 120℃에서 용융하여 필터링한 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미컬社 제품, 이하라큐아민MT) 26중량부를 첨가했다. 그 후, 약 1분 동안 교반을 계속하여 플루오르 코팅한 팬형의 오픈 몰드로 반응 용액을 유입시켰다. 이 반응 용액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐에 넣어, 110℃에서 6시간 후경화하여 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 얻었다. 이 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 밴드 소 타입의 슬라이서(펙켄社 제품)를 이용하여 슬라이스화하여, 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻었다. 다음에 이 시트를 버핑기(아미텍크社 제품)를 사용하여, 소정의 두께로 표면 버핑 처리를 하여, 두께 정밀도를 구비한 시트로 했다(시트 두께: 1.27mm). 이 버핑 처리한 시트를 소정의 직경(61cm)으로 구멍을 뚫어, 홈 가공기(東邦鋼機社 제품)를 이용하여 표면에 홈 폭 0.25mm, 홈 피치 1.50mm, 홈 깊이 0.40mm의 동심 형상의 홈 가공을 행했다. 이 시트의 홈 가공면과 반대측 면에 적층기를 사용하여, 양면 테이프(積水化學工業社 제품, 더블 점성 테이프)를 붙이고, 이 홈 가공한 시트의 소정 위치에 광 투과 영역을 끼워 넣기 위한 구멍(두께 1.27mm, 57.5mm × 19.5mm)을 뚫어 양면 테이프 첨부 연마 영역을 제작했다. 제작한 연마 영역의 각 물성은, 평균 기포 직경 45μm, 비중 0.86g/cm³, 아스카-D 경도 53도, 압축율 1.0%, 압축 회복율 65.0%, 저장 탄성율 275MPa였다.

〔연마 패드의 제작〕

실시예 4

표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도오레社 제품, 토레페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어진 쿠션층을 상기 제작한 양면 테이프 첨부 연마 영역의 점착면에, 적층기를 이용하여 붙였다. 또 쿠션층 표면에 양면 테이프를 붙였다. 그 후, 연마 영역의 광 투과 영역을 끼워 넣기 위해서 구멍을 뚫은 구멍 부분 내에, 51mm × 13mm의 크기로 쿠션층에 구멍을 뚫었다. 그 후, 제조예 5에서 제작한 광 투과 영역을 끼워 넣어, 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성 등을 표 2에 나타내었다.

실시예 5

제조예 6에서 제작한 광 투과 영역을 이용하여, 실시예 4와 동일한 방법에 의해 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성 등을 표 2에 나타내었다.

비교예 2

제조예 7에서 제작한 광 투과 영역을 이용하여, 실시예 4와 동일한 방법에 의해 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성 등을 표 2에 나타내었다.

표 2

	광투과율(%)			연마속도 (Å/min)	로컬단차 (Å)	공간연마량 (Å)	막두꼐검출
	600nm	650nm	700nm	연마속도 (Å/min)	로컬단차 (Å)	공간연마량 (Å)	막두꼐검출
실시예 4	92.9	93.1	93.9	2250	15	2900	○
실시예 5	92.5	92.7	93.1	2200	20	3000	○
비교예 2	74.5	75.1	75.4	2300	60	2950	×

표 2로부터, 파장 600∼700nm에서의 광 투과 영역의 광 투과율이 80% 이상인 경우(실시예 4, 5)에는, 연마 특성에 영향을 미치지 않고 재현성이 좋은 웨이퍼의 종점 검출이 가능한 것을 알 수 있다.

<세 번째 본 발명>

〔광 투과 영역의 제작〕

제조예 8

70℃로 온도 조절한 이소시아네이트 말단 프레폴리머(유니로얄社 제품, L-325, NCO 함유율: 9.15중량%) 50중량부를 감압 탱크로 계량하여, 감압(약 10Torr)에 의해 프레폴리머 중에 잔존하는 기체를 탈포시켰다. 탈포한 상기 프레폴리머에, 120℃에서 용해시킨 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미컬社 제품, 이하라큐아민MT) 13중량부를 가하고, 하이브리드 믹서(기엔스社 제품)를 이용하여 1분 동안 교반하여, 탈포했다. 그리고 상기 혼합물을 형에 유입시키고, 110℃의 오븐에서 8시간 후경화하고, 장방형의 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 1.25mm)을 제작했다. 상기 광 투과 영역의 두께 편차의 차이는 107μm였다.

제조예 9

광 투과 영역의 형상을 장방형, 세로 100mm, 가로19mm, 두께 1.25mm으로 한 것 이외는 제조예 8과 동일한 방법으로 광 투과 영역을 제작했다.

제조예 10

제조예 8과 동일한 방법으로 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 l.25mm)을 제작했다. 그리고, 240번(No.)의 샌드페이퍼를 이용하여 광 투과 영역을 버핑했다. 그 후, 상기 광 투과 영역의 두께 편차의 차이를 측정한 바 45μm였다.

제조예 11

제조예 8과 동일한 방법으로 광 투과 영역(세로 57mm, 가로 19mm, 두께 1.25mm)를 제작했다. 그리고, 240번의 샌드페이퍼를 이용하여 광 투과 영역을 버핑하고, 또 800번의 샌드페이퍼를 이용하여 동일하게 버핑했다. 그 후, 상기 광 투과 영역의 두께 편차의 차이를 측정한 바 28μm였다.

제조예 12

광 투과 영역의 형상을 직경 30mm의 원형으로 한 이외에는 제조예 8과 동일한 방법에 의해 광 투과 영역을 제작했다.

제조예 13

광 투과 영역의 형상을 장방형, 세로 50.8mm, 가로 20.3mm, 두께 1.25mm로 한 이외는 제조예 8과 동일한 방법으로 광 투과 영역을 제작했다.

〔연마 영역의 제작〕

플루오르 코팅한 반응 용기 내에, 필터링한 폴리에테르계 프레폴리머(유니로 얄社 제품, 아디프렌 L-325, NCO 농도: 2.22meq/g) 1OOO중량부 및 여과한 실리콘계 비이온 계면활성제(도오레·다우실리콘社 제품, SH192) 30중량부를 혼합하고, 온도를 80℃로 조정했다. 플루오르 코팅한 교반 날개를 이용하여, 회전수 900rpm에서 반응계 내에 기포를 받아들이도록 약 4분 동안 격렬히 교반했다. 거기에 미리 120℃에서 용융하여, 필터링한 4,4'-메틸렌비스(o-클로로아닐린)(이하라케미컬社 제품, 이하라큐아민MT) 260중량부를 첨가했다. 그 후, 약 1분 동안 교반을 계속하여 플루오르 코팅한 팬형의 오픈 몰드로 반응 용액을 유입시켰다. 이 반응 용액의 유동성이 없어진 시점에서 오븐에 넣어, 110℃에서 6시간 후경화하여 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 얻었다. 이 폴리우레탄 수지 발포체 블록을 밴드 소 타입의 슬라이서(펙켄社 제품)를 이용하여 슬라이스화하여, 폴리우레탄 수지 발포체 시트를 얻었다. 다음에 이 시트를 버핑기(아미텍크社 제품)를 사용하여, 소정의 두께로 표면 버핑 처리를 하여, 두께 정밀도를 구비한 시트로 했다(시트 두께: 1.27mm). 이 버핑 처리한 시트를 소정의 직경(61cm)으로 구멍을 뚫어, 홈 가공기(東邦鋼機社 제품)를 이용하여 표면에 홈 폭 0.25mm, 홈 피치 1.50mm, 홈 깊이 O.40mm의 동심원상의 홈 가공을 행했다. 이 시트의 홈 가공면과 반대측 면에 적층기를 사용하여, 양면 테이프(積水化學工業社 제품, 더블 점성 테이프)를 붙여, 양면 테이프가 부착된 연마 영역을 제작했다. 연마 영역의 각 물성은, 평균 기포 직경 50μm, 비중 0.86g/cm³, 아스카-D 경도 52도, 압축율 1.1%, 저장 탄성율 260MPa였다.

〔연마 패드의 제작〕

실시예 6

상기 양면 테이프 첨부 연마 영역의 중심부와 주변부 사이에 광 투과 영역을 끼워 넣기 위한 구멍(장방형, D(직경 방향) = 57.5mm, L(원주 방향) = 19.5mm)을 뚫었다. 그리고, 표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도오레社 제품, 토레페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어진 쿠션층을 양면 테이프 첨부 연마 영역의 점착면에, 적층기를 이용하여 붙였다. 또 쿠션층 표면에 양면 테이프를 붙였다. 그 후, 연마 영역의 광 투과 영역을 끼워 넣기 위해서 구멍을 뚫은 구멍 부분 내에, D(직경 방향) = 51mm, L(원주 방향) = 13mm의 크기(장방형)로 쿠션층에 구멍을 뚫었다. 그 후, 제조예 8에서 제작한 광 투과 영역을 끼워 넣어, 도 4의 기재와 같은 연마 패드를 제작했다. 또, 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 원주 방향의 길이(L)의 3배였다. 또, 피연마체인 웨이퍼의 직경에 대한 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 0.28배였다. 제작한 연마 패드의 연마 특성을 표 3에 나타내었다.

실시예 7

상기 양면 테이프 첨부 연마 영역의 중심부와 주변부의 사이에 광 투과 영역을 끼워 넣기 위한 구멍(장방형, D(직경 방향) = 100.5mm, L(원주 방향) = 19.5mm)을 뚫었다. 그리고, 표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도오레社 제품, 토레페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어진 쿠션층을 양면 테이프 첨부 연마 영역의 점착면에, 적층기를 이용하여 붙였다. 또 쿠션층 표면에 양면 테이프를 붙였다. 그 후, 연마 영역의 광 투과 영역을 끼워 넣기 위해서 구멍을 뚫은 구멍 부 분 내에, D(직경 방향) = 94mm, L(원주 방향) = 13m의 크기(장방형)로 쿠션층에 구멍을 뚫었다. 그 후, 제조예 9에서 제작한 광 투과 영역을 끼워 넣어, 도 4의 기재와 같은 연마 패드를 제작했다. 또, 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 원주 방향의 길이(L)의 5.3배였다. 또, 피연마체인 웨이퍼의 직경에 대한 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 0.49배였다. 제작한 연마 패드의 연마 특성을 표 3에 나타내었다.

실시예 8

실시예 6에 있어서, 제조예 8에서 제작한 광 투과 영역 대신 제조예 10에서 제작한 광 투과 영역을 이용한 이외에는 실시예 6과 동일한 방법으로 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성을 표 3에 나타내었다.

실시예 9

실시예 6에 있어서, 제조예 8에서 제작한 광 투과 영역 대신 제조예 11에서 제작한 광 투과 영역을 이용한 이외에는 실시예 6과 동일한 방법으로 연마 패드를 제작했다. 제작한 연마 패드의 연마 특성을 표 3에 나타내었다.

비교예 3

상기 양면 테이프 첨부 연마 영역의 중심부와 주변부의 사이에 광 투과 영역을 끼워 넣기 위한 구멍(장방형, D(직경 방향) = 19.5mm, L(원주 방향) = 57.5mm)을 뚫었다. 그리고, 표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도오레社 제품, 토레페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어진 쿠션층을 양면 테이프 첨부 연마 영역의 점착면에, 적층기를 이용하여 붙였다. 또 쿠션층 표면에 양면 테이프를 붙 였다. 그 후, 연마 영역의 광 투과 영역을 끼워 넣기 위해서 구멍을 뚫은 구멍 부분 내에, D(직경 방향) = 13mm, L(원주 방향) = 51mm의 크기(장방형)로 쿠션층에 구멍을 뚫었다. 그 후, 제조예 8에서 제작한 광 투과 영역을 끼워 넣어, 도 11의 기재와 같은 연마 패드를 제작했다. 또, 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 원주 방향의 길이(L)의 O.3배였다. 또, 피연마체인 웨이퍼의 직경에 대한 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 0.09배였다. 제작한 연마 패드의 연마 특성을 표 3에 나타내었다.

비교예 4

상기 양면 테이프 첨부 연마 영역의 중심부와 주변부 사이에 광 투과 영역을 끼워 넣기 위한 구멍(원형, 직경 30.5mm)을 뚫었다. 그리고, 표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도오레社 제품, 토레페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어진 쿠션층을 양면 테이프 첨부 연마 영역의 점착면에, 적층기를 이용하여 붙였다. 또 쿠션층 표면에 양면 테이프를 붙였다. 그 후, 연마 영역의 광 투과 영역을 끼워 넣기 위해서 구멍을 뚫은 구멍 부분 내에, 직경 24mm로 쿠션층에 구멍을 뚫었다. 그 후, 제조예 l2에서 제작한 광 투과 영역을 끼워 넣어, 도 3의 기재와 같은 연마 패드를 제작했다. 또, 피연마체인 웨이퍼의 직경에 대한 광 투과 영역의 직경의 길이는 0.15배였다. 제작한 연마 패드의 연마 특성을 표 3에 나타내었다.

비교예 5

상기 양면 테이프 첨부 연마 영역의 중심부와 주변부 사이에 광 투과 영역을 끼워 넣기 위한 구멍(장방형, D(직경 방향) = 51.3mm, L(원주 방향) = 20.8mm)을 뚫었다. 그리고, 표면을 버핑 처리하고, 코로나 처리한 폴리에틸렌 폼(도오레社제품, 토레페프, 두께: 0.8mm)으로 이루어진 쿠션층을 양면 테이프 첨부 연마 영역의 점착면에, 적층기를 이용하여 붙였다. 또 쿠션층 표면에 양면 테이프를 붙였다. 그 후, 연마 영역의 광 투과 영역을 끼워 넣기 위해서 구멍을 뚫은 구멍 부분 내에, D(직경 방향) = 44.8mm, L(원주 방향)= 14.3mm의 크기(장방형)로 쿠션층에 구멍을 뚫었다. 그 후, 제조예 13으로 제작한 광 투과 영역을 끼워 넣어, 도 4의 기재와 같은 연마 패드를 제작했다. 또, 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 원주 방향의 길이(L)의 2.5배였다. 또, 피연마체인 웨이퍼의 직경에 대한 광 투과 영역의 직경 방향의 길이(D)는 0.25배였다. 제작한 연마 패드의 연마 특성을 표 3에 나타내었다.

표 3

	연마속도 (Å/min)	면내 균일성 (%)	막 두께 검출
실시예 6	2450	7	○
실시예 7	2350	5	○
실시예 8	2450	5	○
실시예 9	2450	4	○
비교예 3	2330	13	×
비교예 4	2400	11	×
비교예 5	2430	8.5	△

표 3으로부터, 광 투과 영역이 연마 패드의 원주 방향의 길이(L)에 비해 직경 방향의 길이(D)가 3배 이상의 형상일 경우(실시예 6∼9)에는, 웨이퍼의 연마에 있어서 웨이퍼가 있는 일부분에만 광 투과 영역이 집중적으로 접촉되지 않고 웨이 퍼 전체면에 균일하게 접촉되므로, 웨이퍼를 균일하게 연마할 수 있어, 연마 특성(특히 면 내 균일성)이 우수한 것을 알 수 있다. 또, 광 투과 영역의 두께 편차를 작게 함으로써 면내 균일성을 향상시킬 수 있다(실시예 8 및 실시예 9).

본 발명의 연마 패드는, 웨이퍼 표면의 요철을 화학적 기계적 연마(CMP)로 평탄화할 때에 사용되는 것이다. 상세하게는, 연마 상황 등을 광학적 수단에 의해 검지하기 위한 창을 가지는 연마 패드에 관한 것이다.

Claims

화학적 기계적 연마에 이용되고, 연마 영역 및 광 투과 영역을 가지는 연마 패드로서, 파장 400∼700nm의 전체 영역에서의 상기 광 투과 영역의 광 투과율이 50% 이상인 연마 패드로서,

하기 식으로 나타내어지는, 파장 400∼700nm에서의 상기 광 투과 영역의 광 투과율의 변화율이 50% 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드:

변화율(%) = {(400∼700nm에서의 최대 광 투과율 - 400∼700nm에서의 최소 광 투과율) / 400∼700nm에서의 최대 광 투과율} × 100.
삭제
제1항에 있어서,

파장 400nm에서의 상기 광 투과 영역의 광 투과율이 50% 이상이며, 또한 파장 500∼700nm의 전체 영역에서의 광 투과율이 90% 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서,

파장 500∼700nm에서의 상기 광 투과 영역의 각 광 투과율의 차이가 5% 이내인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
제1항에 있어서,

상기 연마 영역 및 상기 광 투과 영역의 형성 재료가, 폴리우레탄 수지인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제10항에 있어서,

상기 연마 영역의 형성 재료인 폴리우레탄 수지와 상기 광 투과 영역의 형성 재료인 폴리우레탄 수지가, 동종의 유기 이소시아네이트, 폴리올 및 체인 연장제를 함유하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서,

상기 광 투과 영역의 형성 재료가 무발포체인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서,

상기 광 투과 영역의 연마측 표면에 연마액을 유지·갱신하는 요철 구조를 갖지 않는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서,

상기 연마 영역의 형성 재료가 미세 발포체인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 있어서,

상기 연마 영역의 연마측 표면에 홈이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제14항에 있어서,

상기 미세 발포체의 평균 기포 직경이 70μm 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제14항에 있어서,

상기 미세 발포체의 비중이 0.5∼1.0g/cm³인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제14항에 있어서,

상기 미세 발포체의 경도가, 아스카-D 경도로 45∼65도인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제14항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축율이 0.5∼5.0%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제14항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축 회복율이 50∼100%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제14항에 있어서,

상기 미세 발포체의 40℃, 1Hz에서의 저장 탄성율이 200MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제1항에 기재된 연마 패드를 이용하여 반도체 웨이퍼의 표면을 연마하는 공정을 포함하는 반도체 장치의 제조 방법.
제3항에 있어서,

파장 500∼700nm에서의 상기 광 투과 영역의 각 광 투과율의 차이가 5% 이내인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
삭제
제16항에 있어서,

상기 미세 발포체의 비중이 0.5∼1.0g/cm³인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제16항에 있어서,

상기 미세 발포체의 경도가, 아스카-D 경도로 45∼65도인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제17항에 있어서,

상기 미세 발포체의 경도가, 아스카-D 경도로 45∼65도인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제16항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축율이 0.5∼5.0%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제17항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축율이 0.5∼5.0%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제18항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축율이 0.5∼5.0%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제16항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축 회복율이 50∼100%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제17항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축 회복율이 50∼100%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제18항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축 회복율이 50∼100%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제19항에 있어서,

상기 미세 발포체의 압축 회복율이 50∼100%인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제16항에 있어서,

상기 미세 발포체의 40℃, 1Hz에서의 저장 탄성율이 200MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제17항에 있어서,

상기 미세 발포체의 40℃, 1Hz에서의 저장 탄성율이 200MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제18항에 있어서,

상기 미세 발포체의 40℃, 1Hz에서의 저장 탄성율이 200MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제19항에 있어서,

상기 미세 발포체의 40℃, 1Hz에서의 저장 탄성율이 200MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
제20항에 있어서,

상기 미세 발포체의 40℃, 1Hz에서의 저장 탄성율이 200MPa 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.