KR102059647B1 - 슬러리 유동성이 향상된 연마패드 및 이의 제조방법 - Google Patents

슬러리 유동성이 향상된 연마패드 및 이의 제조방법 Download PDF

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윤종욱
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Abstract

중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브; 및 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 포함하고, 상기 제 2 그루브의 깊이가 상기 제 1 그루브의 깊이와 동일하거나 더 깊은 연마패드는, 연마 과정에서 발생하는 찌꺼기(debeis)를 빠르게 배출하여 웨이퍼의 표면에 발생할 수 있는 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있다.

Description

슬러리 유동성이 향상된 연마패드 및 이의 제조방법{POLISHING PAD WITH IMPROVED FLUIDITY OF SLURRY AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
구현예들은 반도체의 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정에 사용될 수 있는 연마 패드 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
반도체 제조공정 중 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정은, 웨이퍼(wafer)를 헤드에 부착하고 플래튼(platen) 상에 형성된 연마패드의 표면에 접촉하도록 한 상태에서, 슬러리를 공급하여 웨이퍼 표면을 화학적으로 반응시키면서 플래튼과 헤드를 상대운동시켜 기계적으로 웨이퍼 표면의 요철부분을 평탄화하는 공정이다.
연마패드는 이와 같은 CMP 공정에서 중요한 역할을 담당하는 필수적인 자재로서, 일반적으로 폴리우레탄 계열의 수지로 이루어지고, 표면에 슬러리의 큰 유동을 담당하는 그루브(groove)와 미세한 유동을 지원하는 포어(pore)를 구비한다.
상기 그루브는 다양한 형상일 수 있으며, 예를 들어 중심을 공유하는 원형 등의 그루브가 있다(대한민국 공개특허 제2005-95818호 참조). 이와 같이 연마패드에 구비된 그루브는 슬러리를 담지하면서 유동시켜 웨이퍼 표면의 평탄화를 보조하는 역할을 한다.
대한민국 공개특허공보 제 2005-95818호
CMP 공정에 있어서 웨이퍼 표면의 평탄성의 향상 뿐만 아니라, 연마 과정에서 발생하는 결함(defect)을 줄이는 것이 중요하다. 특히 CMP 공정 중에 발생하는 찌꺼기(debris)는 웨이퍼와 연마패드 사이에 끼어들어 불규칙적인 스크래치를 발생하기도 하고, 장비 내로 침입하여 이물로 작용하는 문제가 있다.
따라서 이하의 구현예들을 통해, 슬러리의 연마 작용을 촉진시킴과 함께 CMP 공정 중에 발생하는 찌꺼기를 빠르게 배출하여 웨이퍼 표면의 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있는 그루브를 구비한 연마패드 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
일 구현예에 따르면, 연마층을 포함하며, 상기 연마층이 연마면에, 중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브; 및 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 포함하고, 상기 제 2 그루브의 깊이가 상기 제 1 그루브의 깊이와 동일하거나 더 깊은, 연마패드가 제공된다.
다른 구현예에 따르면, (1) 연마층을 제조하는 단계; (2) 상기 연마층의 연마면에, 중심을 공유하는 기하 도형을 갖는 복수의 제 1 그루브를 형성하는 단계; 및 (3) 상기 연마층의 연마면에, 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 형성하는 단계를 포함하고, 이때 상기 제 2 그루브의 깊이를 상기 제 1 그루브의 깊이와 동일하거나 더 깊게 형성하는, 연마패드의 제조방법이 제공된다.
상기 구현예에 따라 제공되는 연마패드는, 연마면에 구비된 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 형태 및 치수 구성으로 인해, 연마 과정에서 슬러리의 연마 작용을 촉진시키는 역할 뿐만 아니라, 연마 과정에서 발생하는 찌꺼기(debeis)를 빠르게 배출하여 웨이퍼의 표면에 발생할 수 있는 스크래치와 같은 결함을 줄일 수 있다.
도 1은 일 구현예에 따른 연마패드의 평면도를 나타낸 것이다.
도 2a는 도 1에서 A1-A1'에 따라 절단한 단면도를 나타낸 것이다.
도 2b는 도 1에서 A2-A2'에 따라 절단한 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 일 구현예에 따른 그루브의 형성 방법을 나타낸 것이다.
도 4는 라운드부를 형성하는 방법 및 이를 위한 그라인더를 나타낸 것이다.
도 5는 도 1에서 A 영역을 확대한 사시도로서 라운드부를 예시한 것이다.
도 6a 내지 6c는 도 5에서 B-B', C-C' 및 D-D'에 따라 각각 절단한 단면도를 나타낸 것이다.
이하의 구현예의 설명에 있어서, 각 층, 홀, 윈도우, 또는 영역 등이 각 층, 홀, 윈도우, 또는 영역 등의 "상(on)" 또는 "하(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "상(on)"과 "하(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 구성요소를 개재하여(indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다.
또한 각 구성요소의 상/하에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다. 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.
또한, 본 명세서에 기재된 구성성분의 물성 값, 치수 등을 나타내는 모든 수치 범위는 특별한 기재가 없는 한 모든 경우에 "약"이라는 용어로 수식되는 것으로 이해하여야 한다.
연마패드
상기 구현예에 따른 연마패드는, 연마층을 포함하며, 상기 연마층이 연마면에, 중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브; 및 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 포함하고, 상기 제 2 그루브의 깊이가 상기 제 1 그루브의 깊이와 동일하거나 더 깊다.
연마층
상기 연마층은 우레탄계 폴리머를 포함하며 다공성일 수 있다.
상기 우레탄계 폴리머는 우레탄계 프리폴리머와 경화제의 경화 반응에 의해 형성된 것일 수 있다. 구체적으로 상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 연마층 조성물로부터 제조된 것일 수 있다.
상기 연마층은 공극을 포함할 수 있다. 상기 공극(pore)은 닫힌 셀(closed cell)의 구조를 가질 수 있다. 상기 공극의 평균 직경은 5 ㎛ 내지 200 ㎛일 수 있다. 또한, 상기 연마층은 연마층 총 부피에 대해 20 부피% 내지 70 부피%의 공극을 포함할 수 있다. 즉, 상기 연마층의 공극율(porosity)은 20 부피% 내지 70 부피%일 수 있다.
상기 연마층의 두께는 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 연마층의 평균 두께는 0.8 mm 내지 5.0 mm, 1.0 mm 내지 4.0 mm, 1.0 mm 내지 3.0 mm, 1.5 mm 내지 2.5 mm, 1.7 mm 내지 2.3 mm, 또는 2.0 mm 내지 2.1 mm일 수 있다.
그루브
도 1은 일 구현예에 따른 연마 패드의 평면도를 나타낸 것이다.
도 1을 참조하여, 상기 연마패드의 연마층(100)은 연마면에, 중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브(110); 및 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브(120)를 포함한다.
상기 제 1 그루브는 슬러리의 유동성을 낮춰 연마 효율을 높이는 효과가 있고, 상기 제 2 그루브는 슬러리의 유동성을 높여 연마 과정에서 발생하는 찌꺼기를 배출시키는 효과가 있다.
이와 같이 상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브는 CMP 공정 중 슬러리의 유동성을 제어하는 역할을 하며, 이들의 조합으로 인해 슬러리의 유지 및 갱신의 정도가 적절하게 조절되어 연마 효율이 향상될 수 있다.
상기 제 1 그루브의 평면 형상은 중심을 공유하는 기하 도형이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들어 중심을 공유하면서 크기가 다른 복수의 대칭형 도형일 수 있고, 구체적으로 서로 간에 일정 간격으로 형성된 복수의 동심원, 동심 웨이브, 또는 중심을 공유하는 복수의 다각형(육각형, 팔각형, 별 형상 등)일 수 있다.
또한 상기 제 2 그루브의 평면 형상은 예를 들어 중심으로부터 외곽까지 서로 간에 일정한 각도의 간격으로 형성된 복수의 방사상 직선 등일 수 있다.
도 2a, 2b, 6a 및 6b를 참조하여, 상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브는, 상기 연마면에 수직한 내측면(111, 121) 및 상기 연마면에 평행한 바닥면(112, 122)을 포함할 수 있다.
그루브의 깊이 및 폭
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 제 1 그루브(110)의 폭(w1)은 상기 제 1 그루브의 바닥면(112)의 폭을 측정한 값이고, 상기 제 1 그루브(110)의 깊이(h1)는 상기 제 1 그루브의 바닥면(112)과 상기 연마면(101) 사이의 수직 직선 거리를 측정한 값이다.
또한, 상기 제 2 그루브(120)의 폭(w2)은 상기 제 2 그루브의 바닥면(122)의 폭을 측정한 값이고, 상기 제 2 그루브(120)의 깊이(h2)는 상기 제 2 그루브의 바닥면(122)과 상기 연마면(101) 사이의 수직 직선 거리를 측정한 값이다.
상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브의 깊이는 0.4 mm 내지 4 mm, 0.4 mm 내지 2 mm, 또는 0.4 mm 내지 1 mm일 수 있다.
또한, 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 폭은 0.2 mm 내지 2 mm, 0.2 mm 내지 1 mm, 또는 0.2 mm 내지 0.6 mm일 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 제 2 그루브의 깊이가 상기 제 1 그루브의 깊이와 동일하거나 더 깊다. 예를 들어, 상기 제 2 그루브의 깊이는 상기 제 1 그루브의 깊이의 100% 내지 300%일 수 있다.
또는, 상기 제 2 그루브의 깊이는 상기 제 1 그루브의 깊이의 100% 초과 내지 300% 이하, 또는 100% 초과 내지 250% 이하일 수 있다.
또는, 상기 제 2 그루브의 깊이는 상기 제 1 그루브의 깊이의 110% 내지 300%, 예를 들어, 120% 내지 300%, 예를 들어, 120% 내지 200%, 예를 들어, 125% 내지 150%일 수 있다.
상기 범위 내일 때, 슬러리의 유동성을 향상시켜 연마 과정에서 발생하는 찌꺼기의 배출이 보다 효율적으로 일어날 수 있고, 이와 동시에, 상기 연마 패드를 이용하여 웨이퍼를 연마할 때, 적절한 연마율을 확보하면서 연마한 표면의 결함(defect)을 최소화할 수 있다.
또한, 상기 제 2 그루브의 깊이(h2)는, 상기 연마층의 두께(t)의 90% 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 그루브의 깊이는, 상기 연마층의 두께의 70% 이하 또는 50% 이하일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제 2 그루브의 깊이는, 상기 연마층의 두께의 10% 내지 60%, 20% 내지 50%, 또는 30% 내지 50%일 수 있다.
상기 범위 내일 때, 그루브 형성에 의한 연마층의 변형을 방지하면서도 슬러리의 유동성을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 제 2 그루브의 폭은 상기 제 1 그루브의 폭의 50% 내지 200%일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 2 그루브의 폭은 상기 제 1 그루브의 폭의 100% 내지 200%일 수 있다.
또는, 상기 제 2 그루브의 폭은 상기 제 1 그루브의 폭의 100% 내지 180%, 예를 들어, 100% 내지 170%, 예를 들어, 100% 내지 165%, 예를 들어, 100% 내지 160%일 수 있다.
상기 범위 내일 때, 충분한 연마 면적을 확보하면서도 슬러리의 유동성을 향상시키는데 유리하다.
구체적인 예로서, 상기 제 2 그루브의 폭이 상기 제 1 그루브의 폭의 50% 내지 200%이고, 이때 상기 제 2 그루브의 깊이는 0.4 mm 내지 4 mm이고, 상기 제 2 그루브의 폭은 0.2 mm 내지 2 mm일 수 있다.
그루브의 간격
상기 연마층은 상기 제 1 그루브를 일정한 피치 간격으로 복수 개로 포함할 수 있다. 도 2b를 참조하여, 상기 제 1 그루브(110)의 피치 간격(p)은 임의의 두 개의 제 1 그루브에 있어서, 각 제 1 그루브의 바닥면(112)의 중점 사이의 직선 거리를 의미한다.
구체적으로, 상기 연마층은 상기 제 1 그루브를 1 mm 내지 10 mm의 피치 간격으로 구비할 수 있다. 또는, 상기 연마층은 상기 제 1 그루브를 1 mm 내지 5 mm의 피치 간격으로 구비할 수 있다. 또는, 상기 연마층은 상기 제 1 그루브를 2 mm 내지 4 mm의 피치 간격으로 구비할 수 있다.
또한, 상기 연마층은 상기 제 2 그루브를 일정 각도, 예를 들어 10° 내지 50°, 15° 내지 45°, 또는 20° 내지 40°의 간격으로 구비할 수 있다.
상기 연마층은 상기 제 2 그루브를 일정 각도로 이격된 상태로 5개 내지 20개 구비할 수 있다. 구체적으로, 상기 연마층은 상기 제 2 그루브를 일정 각도로 이격된 상태로 5개 내지 15개 구비할 수 있다. 또는, 상기 연마층은 상기 제 2 그루브를 일정 각도로 이격된 상태로 5개 내지 10개, 10개 내지 15개, 또는 7개 내지 12개 구비할 수 있다.
라운드부
상기 연마층은, 상기 연마면과 상기 내측면이 만나는 모서리에 곡면으로 가공된 라운드부를 포함할 수 있다.
상기 제 1 그루브와 상기 제 2 그루브 각각에 있어서, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리는 CMP 공정 중에 웨이퍼의 표면에 접촉하게 된다.
또한, 상기 제 1 그루브와 제 2 그루브는 서로 교차할 수 있으며, 이때, 상기 제 1 그루브와 상기 제 2 그루브가 교차하여 형성되는 꼭짓점도 CMP 공정 중에 웨이퍼의 표면에 접촉하게 된다.
이때, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리; 및 상기 제 1 그루브와 상기 제 2 그루브가 교차하여 형성되는 꼭짓점으로 인해 실제 CMP 공정 중 웨이퍼의 표면에 스크래치 등의 결함이 발생할 우려가 있다.
따라서, 일 구현예에 따른 연마패드는 CMP 공정 중에 웨이퍼 표면 결함을 방지하기 위해, 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리; 및 상기 제 1 그루브와 상기 제 2 그루브가 교차하여 형성되는 꼭짓점에 각각 곡면으로 가공된 라운드부를 포함한다.
구체적으로, 상기 라운드부는 상기 제 1 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리에 배치되는 제 1 라운드부; 상기 제 2 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리에 배치되는 제 2 라운드부; 및 상기 제 1 그루브의 내측면, 상기 제 2 그루브의 내측면 및 상기 연마면이 만나는 꼭짓점에 배치되는 제 3 라운드부를 포함할 수 있다.
도 5 및 도 6a 내지 6c를 참조하면, 상기 라운드부(130)는 상기 제 1 그루브의 내측면(111)과 상기 연마면(101)이 만나는 모서리에 배치되는 제 1 라운드부(131); 상기 제 2 그루브의 내측면(121)과 상기 연마면(101)이 만나는 모서리에 배치되는 제 2 라운드부(132); 및 상기 제 1 그루브의 내측면(111), 상기 제 2 그루브의 내측면(121) 및 상기 연마면(101)이 만나는 모서리에 배치되는 제 3 라운드부(133)를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 제 1 라운드부, 제 2 라운드부 및 제 3 라운드부는 곡률 반경이 0.1 mm 내지 5 mm, 0.1 mm 내지 2 mm, 또는 0.3 mm 내지 1.5 mm일 수 있다. 곡률 반경이 상기 범위 내일 경우, CMP 공정 중 웨이퍼의 표면에 스크래치 등의 결함 발생을 효과적으로 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 라운드부, 제 2 라운드부 및 제 3 라운드부는 각각의 표면 조도(Ra)가 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 바닥면의 표면 조도(Ra) 또는 상기 그루브의 내측면의 표면 조도(Ra)보다 낮을 수 있다.
상기 제 1 라운드부, 제 2 라운드부 및 제 3 라운드부는 각각의 표면 조도가 10 ㎛ 이하일 수 있다. 구체적으로, 상기 제 1 라운드부, 제 2 라운드부 및 제 3 라운드부는 각각의 표면 조도가 0.01 ㎛ 내지 5 ㎛, 또는 0.01 ㎛ 내지 3 ㎛일 수 있다. 상기 범위의 표면 조도를 통하여 상기 라운드부는 공정 중의 웨이퍼 표면 결함을 효과적으로 방지할 수 있다.
구체적인 일례로서, 상기 제 1 그루브 및 상기 라운드부가 하기 식 1 및 2를 만족할 수 있다.
0.1 < r/h1 < 1.5 (1)
0.05 < r/p < 0.7 (2)
상기 식에서, r은 상기 라운드부의 곡률 반경이고, h1는 상기 제 1 그루브의 깊이이고, p는 상기 제 1 그루브의 피치 간격이다.
지지층
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 연마패드는 상기 연마층(100)의 하면에 배치되는 지지층(200)을 더 포함할 수 있다.
상기 지지층은 상기 연마층을 지지하면서, 상기 연마층에 가해지는 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 한다. 상기 지지층의 경도는 상기 연마층의 경도보다 더 작을 수 있다. 상기 지지층은 부직포 또는 다공성 패드를 포함할 수 있다.
상기 지지층은 공극을 포함할 수 있다. 상기 지지층에 포함되는 공극은 오픈 셀(opened cell)의 구조를 가질 수 있다. 상기 지지층에 포함되는 공극은 상기 지지층의 두께 방향으로 연장된 형상을 가질 수 있다. 또한, 상기 지지층의 공극율은 상기 연마층의 공극율보다 더 클 수 있다.
접착층
도 2a 및 2b를 참조하여, 상기 연마패드는 상기 연마층(100)과 상기 지지층(200) 사이에 배치되는 접착층(300)을 더 포함할 수 있다. 상기 접착층은 상기 연마층 및 상기 지지층을 서로 접착시키는 역할을 한다. 나아가, 상기 접착층은 상기 연마층의 상부로부터 연마액이 상기 지지층 아래로 누수되는 것은 억제할 수 있다.
상기 접착층은 핫멜트 접착제를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 접착층은 90℃ 내지 130℃의 용융점을 갖는 핫멜트 접착제를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 접착층은 110℃ 내지 130℃의 용융점을 갖는 핫멜트 접착제를 포함할 수 있다.
상기 핫멜트 접착제는 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 에틸렌-아세트산 비닐계 수지, 폴리아미드계 수지 및 폴리올레핀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 핫멜트 접착제는 폴리우레탄계 수지 및 폴리에스테르계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 접착층의 두께는 5 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있고, 구체적으로 20 ㎛ 내지 30 ㎛, 보다 구체적으로, 23 ㎛ 내지 27 ㎛일 수 있다.
윈도우
상기 연마패드는 상기 연마층에 윈도우를 추가로 구비할 수 있다. 상기 윈도우는 웨이퍼 표면의 평탄성과 두께를 인-시츄(in-situ)로 측정하여 CMP 공정의 종료 시점을 결정하는데 도움을 준다.
예를 들어, 상기 연마층은 두께 방향의 제 1 관통홀을 구비하며, 상기 제 1 관통홀에 윈도우가 삽입될 수 있다. 또한, 상기 지지층은 두께 방향의 제 2 관통홀을 구비하여, 상기 제 1 관통홀과 상기 제 2 관통홀은 서로 연결될 수 있다.
상기 윈도우는 우레탄계 프리폴리머 및 경화제를 포함하는 조성물로부터 형성된 것일 수 있다. 바람직하게는, 상기 윈도우는 무발포체로서 윈도우 내에 미세 기포가 존재하지 않을 수 있다.
예를 들어, 상기 윈도우는 두께가 2.3 mm 내지 2.5 mm이고, 60% 내지 80%의 광투과율 및 1.45 내지 1.60의 굴절률을 가질 수 있다.
연마패드의 제조방법
상기 구현예에 따른 연마패드의 제조방법은, (1) 연마층을 제조하는 단계; (2) 상기 연마층의 연마면에, 중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브를 형성하는 단계; 및 (3) 상기 연마층의 연마면에, 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 형성하는 단계를 포함하고, 이때 상기 제 2 그루브의 깊이를 상기 제 1 그루브의 깊이와 동일하거나 더 깊게 형성한다.
연마층의 제조
상기 단계 (1)에서는 연마면을 포함하는 연마층을 제조한다.
상기 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제, 발포제 및 기타 첨가제를 포함하는 조성물로부터 제조된 우레탄계 폴리머를 포함할 수 있다.
프리폴리머란, 일반적으로 최종 제품을 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 폴리머를 의미한다.
프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 성형할 수 있다. 구체적으로, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조된 것으로서, 미반응 이소시아네이트기(NCO)를 포함할 수 있다. 상기 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물은 우레탄계 폴리머의 제조에 사용 가능한 것이라면 특별히 제한하지 않는다.
상기 경화제는 아민 화합물 및 알콜 화합물 중 1종 이상일 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 및 지방족 알콜로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있다.
상기 발포제는 연마패드의 공극 형성에 통상적으로 사용되는 것이라면 특별히 제한하지 않는다. 예를 들어, 상기 발포제는 중공 구조를 가지는 고상 발포제, 휘발성 액체를 이용한 액상 발포제, 및 불활성 가스 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
제 1 그루브 및 제 2 그루브의 형성
상기 단계 (2)에서는, 상기 연마층의 연마면에, 중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브를 형성한다. 또한, 상기 단계 (3)에서는, 상기 연마층의 연마면에, 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 형성한다.
이때 상기 제 2 그루브의 깊이를 상기 제 1 그루브의 깊이와 동일하거나 더 깊게 형성한다. 이를 위해, 상기 제 2 그루브를 상기 제 1 그루브보다 나중에 형성하는 것이 필요하며, 만약 제 2 그루브를 먼저 형성할 경우 제 1 그루브보다 깊게 형성하는 것이 공정상 번거롭고 어려울 수 있다.
그 외 상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브의 깊이, 폭, 간격 등의 구체적인 구성은 앞서 연마패드에서 예시한 바와 같다.
상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 형성은, 상기 연마면의 일부를 절삭 및 제거하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 상기 절삭은 팁(tip)을 이용하여 수행될 수 있다. 도 3을 참조하여, 상기 연마층(100)의 연마면(101)이 팁(400)에 의해 절삭되어 그루브가 형성될 수 있다. 구체적으로, 상기 팁을 상기 연마층의 연마면에 맞닿도록 고정시킨 후, 상기 연마층을 포함하는 연마패드를 원하는 방향으로 이동시켜, 상기 연마층 표면의 일부를 제거하여 그루브를 형성할 수 있다. 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브의 형성은, 상기 절삭에 의해 상기 연마면에 수직한 내측면 및 상기 연마면에 평행한 바닥면을 형성하는 것을 포함할 수 있다.
곡면 가공
또한 상기 연마패드의 제조방법은 상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브의 형성 이후에, 상기 연마면과 상기 내측면이 만나는 모서리를 곡면으로 가공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 곡면 가공은 상기 연마면과 상기 그루브의 내측면이 만나는 모서리를 일부 제거함으로써 형성될 수 있다.
상기 곡면 가공은 그라인더 또는 초크를 이용하여 수행될 수 있다.
구체적으로, 상기 곡면 가공은 상기 연마면과 상기 그루브의 내측면이 만나는 모서리를 일부 제거하여, 곡률 반경이 0.1 mm 내지 5 mm, 0.1 mm 내지 2 mm, 또는 0.3 mm 내지 1.5 mm가 되도록 수행될 수 있다. 곡률 반경이 상기 범위 내일 경우, CMP 공정 중 웨이퍼의 표면에 스크래치 등의 결함 발생이 효과적으로 방지될 수 있다.
도 4를 참조하여, 상기 곡면 가공은 그라인더(500)를 이용하여 수행될 수 있다. 또한, 상기 그라인더(500)는 연삭면(510)을 포함할 수 있다.
즉, 상기 연마면과 상기 그루브의 내측면이 만나는 모서리를 상기 그라인더의 연삭면(510)에 의해 곡면으로 가공할 수 있다.
또한, 상기 그라인더(500)는 도 4에 도시된 화살표 방향으로 회전하면서 상기 그루브의 내측면과 상기 연마면이 만나는 모서리를 곡면으로 가공할 수 있다. 이때, 상기 그라인더(500)의 회전 속도는 1,000 rpm 내지 50,000 rpm, 2,000 rpm 내지 35,000 rpm, 또는 5,000 rpm 내지 20,000 rpm일 수 있다.
앞서의 그루브 형성 공정과 상기 곡면 가공 공정은 연속적으로 수행될 수 있다. 일례로서, 상기 그루브 형성을 위한 팁과 상기 곡면 가공을 위한 그라인더 또는 초크가 인접하게 위치하여, 연마면 상에 그루브 형성과 곡면 가공을 연속적으로 수행할 수 있다.
이하 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명하나, 이들 실시예의 범위로 한정되는 것은 아니다.
실시예 및 비교예: 연마패드의 제조
단계 1: 연마층의 제조
프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 및 반응 조절제를 각각 공급하기 위한 탱크 및 투입라인이 구비된 캐스팅 장치를 준비하였다. 프리폴리머 탱크에 NCO 말단의 우레탄계 프리폴리머(NCO 8.0%, 제품명 PUGL-450D, SKC사), 경화제 탱크에 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(Ishihara사), 불활성 가스 탱크에 아르곤 가스, 반응 조절제 탱크에 3차 아민계 반응 촉진제(제품명 A1, Airproduct사)를 각각 충진하였다. 각각의 투입라인을 통해 프리폴리머, 경화제, 불활성 가스 및 반응 조절제를 믹싱헤드에 일정한 속도로 투입하면서 교반하였다. 이때 프리폴리머와 경화제는 반응기의 당량을 맞추면서 합계 투입량을 10kg/분으로 유지하며 투입되었다. 또한 반응 조절제는 프리폴리머와 경화제의 합계 투입량 대비 0.5%(중량)의 양으로 일정하게 투입되었다. 또한 불활성 가스는 프리폴리머와 경화제의 합계 투입량 대비 20%(부피)의 양으로 일정하게 투입되었다. 교반된 원료를 몰드(1,000mm x 1,000mm x 3 mm)에 토출하고 반응을 완결하여 고상 케이크 형태의 성형체를 얻었다. 이후 상기 성형체의 상단 및 하단을 각각 0.5mm 두께만큼씩 절삭하여 두께 2mm의 연마층을 얻었다.
단계 2: 그루브의 형성
팁(tip)을 이용하여, 상기 연마층의 연마면에 아래 표 1과 같은 제 1 그루브(동심원 그루브) 및 제 2 그루브(방사형 그루브)를 각각 형성하였다. 이때 제 1 그루브를 먼저 형성하고 나서 제 2 그루브를 형성하였다. 구체적으로 상기 제 1 그루브 및 제 2 그루브는 상기 팁을 상기 연마층의 연마면에 맞닿도록 고정시킨 후, 상기 연마층을 포함하는 연마패드를 회전 또는 이동시켜, 상기 연마층 표면의 일부가 제거됨으로써 홈 형상으로 제조되었다.
한편 비교를 위해 비교예 1에서는 제 2 그루브를 형성하지 않았다.
제 1 그루브 (동심원 그루브) (mm) 제 2 그루브 (방사형 그루브) (mm)
폭 깊이 피치 폭 깊이 개수
비교예 1 0.5 0.8 3.0 - - -
실시예 1 0.5 0.8 3.0 0.5 0.8 8
실시예 2 0.5 0.8 3.0 0.5 1.0 8
실시예 3 0.5 0.8 3.0 0.5 1.2 8
실시예 4 0.5 0.8 3.0 0.8 1.2 8
실시예 5 0.5 0.8 3.0 1.5 1.2 8
단계 3: 지지층 합지
지지층으로서 다공성 패드(두께 1.1 mm, 제품명 ND-5400H, 피티에스사)를 가로 1,000 mm 및 세로 1,000 mm로 절단하여 준비했다. 상기 지지층을 앞서 제조한 연마층과 핫멜트 필름(평균 두께 40 ㎛, 굴절율 1.5, 제품명 TF-00, SKC사)을 이용하여 120℃에서 1.5 mm 갭(gap)으로 라미네이션 융착하여 연마패드를 제조하였다.
시험예
상기 실시예 및 비교예에서 얻은 연마패드를 아래의 항목에 대해 시험하여, 그 결과를 표 2에 나타내었다.
(1) 찌꺼기(debris) 배출 속도
연마패드를 이용하여 화학적 기계적 평탄화(CMP) 공정을 1시간 수행하면서, CMP 장비에서 배출되는 폐수를 여과하여 고상의 찌꺼기를 수집하였다. 이때 수집되는 찌꺼기를 10분 간격으로 분리한 뒤, 건조하여 중량을 측정하였다. 아래 식에 따라 찌꺼기의 배출 속도를 산출하였다.
찌꺼기 배출 속도(mg/hr) = 각 10분 단위로 수집된 건조 찌꺼기 중량 x 6
(2) 연마율(removal rate, Å/초)
직경 300mm의 실리콘 웨이퍼에 산화규소를 화학기상증착(CVD) 공정에 의해서 증착하였다. CMP 장비에 연마패드를 부착하고, 실리콘 웨이퍼의 산화규소 층이 연마패드의 연마면을 향하도록 설치하였다. 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리를 250mL/분의 속도로 공급하면서, 4.0 psi의 하중 및 150 rpm의 속도로 60초간 산화규소막을 연마하였다. 연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, 회전식 탈수기(spin dryer)에 장착하고 증류수로 세정한 후 질소로 15초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼에 대해 광간섭식 두께 측정 장치(SI-F80R, Kyence사)를 사용하여 연마 전후의 막 두께 변화를 측정하였다.
이후 하기 식을 사용하여 연마율을 계산하였다.
연마율(Å/초) = 실리콘 웨이퍼의 두께 변화(Å) / 연마 시간(초)
(3) 웨이퍼의 결함(defect)
연마패드를 이용하여 실리콘 웨이퍼를 연마한 후에, 웨이퍼 검사장비(AIT XP+, threshold 150, die filter threshold 280, KLA Tencor사)를 이용하여, 연마 전후의 실리콘 웨이퍼의 표면을 관찰하여, 연마에 의해 웨이퍼에 발생한 스크래치 갯수를 측정하였다.
찌꺼기 배출 속도 (mg/hr) 연마율 결함
0~10분 10~20분 20~30분 50~60분 (Å/초) (개)
비교예 1 4.3 5.6 7.7 7.5 3,120 135
실시예 1 5.1 7.3 10.2 9.3 3,115 37
실시예 2 8.6 10.4 10.2 10.3 3,130 18
실시예 3 8.5 10.7 10.4 10.8 3,132 15
실시예 4 8.9 10.1 10.2 10.2 3,128 19
실시예 5 9.0 10.2 10.4 10.6 2,835 20
상기 표 2에서 보듯이, 실시예 1 내지 5의 연마패드는 찌꺼기 배출 속도, 연마율 및 결함 면에서 고루 우수하게 평가된 반면, 비교예 1의 연마패드는 찌꺼기 배출 속도가 낮았고 결함이 많이 관찰되어 저조하였다. 이는 실시예 1 내지 5의 연마패드가 제 1 그루브(동심원 그루브)와 함께 이와 깊이가 동일하거나 더 깊은 제 2 그루브(방사형 그루브)를 구비함으로 인해 CMP 공정 중의 찌꺼기를 빠르게 배출하여 웨이퍼와 연마패드 사이에 발생할 수 있는 스크래치를 줄였기 때문이다.
특히, 실시예 2 내지 5의 연마패드의 경우 찌꺼기 배출 속도 및 결함 면에서 보다 우수하였는데, 이는 제 2 그루브가 제 1 그루브보다 더 깊게 형성되어 CMP 공정 중의 찌꺼기를 배출하는데 보다 효율적이기 때문이다. 또한, 그 중에서 실시예 2 내지 4의 연마패드의 경우에는 연마율 면에서도 우수하였는데, 이는 제 1 그루브의 폭과 제 2 그루브의 폭이 제어되어 연마 성능을 달성할 수 있는 연마 면적을 충분히 확보했기 때문이다.
100: 연마층, 101: 연마면, 110: 제 1 그루브,
111, 121: 내측면, 112, 122: 바닥면,
120: 제 2 그루브, 130: 라운드부, 131: 제 1 라운드부,
132: 제 2 라운드부, 133: 제 3 라운드부, 200: 지지층,
300: 접착층, 400: 팁, 500: 그라인더,
510: 연삭면, A: 확대 영역,
h1: 제 1 그루브의 깊이, h2: 제 2 그루브의 깊이,
w1: 제 1 그루브의 폭, w2: 제 2 그루브의 폭,
t: 연마층의 두께, p: 제 1 그루브의 피치 간격,
A1-A1', A2-A2', B-B', C-C', D-D' : 절단선.

Claims (16)

  1. 연마층을 포함하며,
    상기 연마층이 연마면에,
    중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브; 및
    중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 포함하고,
    상기 제 2 그루브의 깊이가, 상기 제 1 그루브의 깊이의 125% 내지 150%이며,
    상기 제 2 그루브의 폭이, 상기 제 1 그루브의 폭의 50% 내지 200%인, 연마패드.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 그루브의 깊이가, 상기 연마층의 두께의 90% 이하인, 연마패드.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 그루브의 폭이, 상기 제 1 그루브의 폭의 100% 내지 200%인, 연마패드.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 그루브의 폭이 0.2 mm 내지 2 mm이고,
    상기 제 2 그루브의 깊이가 0.4 mm 내지 4 mm인, 연마패드.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 연마층이 상기 제 2 그루브를 일정 각도로 이격된 상태로 5개 내지 15개 구비하는, 연마패드.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 연마층이 상기 제 1 그루브를 1 mm 내지 10 mm의 피치 간격으로 구비하는, 연마패드.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브가,
    상기 연마면에 수직한 내측면 및 상기 연마면에 평행한 바닥면을 포함하는, 연마패드.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 연마층이, 상기 연마면과 상기 내측면이 만나는 모서리에 곡면으로 가공된 라운드부를 포함하는, 연마패드.
  12. (1) 연마층을 제조하는 단계;
    (2) 상기 연마층의 연마면에, 중심을 공유하는 기하 도형의 형상을 갖는 복수의 제 1 그루브를 형성하는 단계; 및
    (3) 상기 연마층의 연마면에, 중심으로부터 외곽까지 방사상으로 연장된 복수의 제 2 그루브를 형성하는 단계를 포함하고,
    이때 상기 제 2 그루브의 깊이가, 상기 제 1 그루브의 깊이의 125% 내지 150%이며,
    상기 제 2 그루브의 폭이, 상기 제 1 그루브의 폭의 50% 내지 200%인, 연마패드의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브의 형성이,
    상기 연마면의 일부를 절삭 및 제거하여 수행되는, 연마패드의 제조방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 절삭이 팁(tip)을 이용하여 수행되는, 연마패드의 제조방법.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브의 형성이,
    상기 절삭에 의해 상기 연마면에 수직한 내측면 및 상기 연마면에 평행한 바닥면을 형성하는 것을 포함하는, 연마패드의 제조방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 연마패드의 제조방법이
    상기 제 1 그루브 및 상기 제 2 그루브의 형성 이후에,
    상기 연마면과 상기 내측면이 만나는 모서리를 곡면으로 가공하는 단계를 추가로 포함하는, 연마패드의 제조방법.
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