KR20060099398A - 수계 연마 패드 및 제조 방법 - Google Patents

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KR20060099398A
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차우 에이취. 두옹
데이비드 비. 제임스
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롬 앤드 하스 일렉트로닉 머티리얼스 씨엠피 홀딩스 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 내부에 분산된 미세 구체를 갖는 폴리머 매트릭스(polymeric matrix)를 포함하는 화학적 기계적 연마 패드를 제공하며, 이 폴리머 매트릭스는 수계 폴리머 또는 그 블렌드로 형성된다. 본 발명은 감소된 결함도 및 향상된 연마 성능을 갖는 수계 연마 패드를 제공한다.
연마 패드, 폴리머 매트릭스

Description

수계 연마 패드 및 제조 방법{Water-based polishing pads and methods of manufacture}
도 1a은 본 발명의 수계 연마 패드의 연속 제조 장치를 나타낸 도면.
도 1b는 본 발명의 다른 제조 장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 수계 연마 패드의 연속적인 컨디셔닝 장치를 나타낸 도면.
도 3a는 도 1에 개시된 장치에 따라 제조된 수계 연마 패드의 횡단면도.
도 3b는 도 1에 개시된 장치에 따라 제조된 다른 수계 연마 패드를 도시한 도면.
도 3c는 도 1에 개시된 장치에 따라 제조된 또 다른 수계 연마 패드를 도시한 도면.
본 발명은 화학적 기계적 평탄화(CMP)를 위한 연마 패드에 관한 것으로서, 특히 수계 연마 패드 및 수계 연마 패드 제조 방법에 관한 것이다.
집적 회로 및 다른 전자 장치의 제조 공정에 있어서, 도전체, 반도체 및 유전체의 다층 구조가 반도체 웨이퍼 상에 증착되고 또한 반도체 웨이퍼로부터 제거 된다. 도전체, 반도체 및 유전체의 박막들은 다수의 증착 기술에 의하여 증착될 수 있다. 현대적인 공정에서의 공통적인 증착 기술은 또한 스퍼터링으로 알려진 물리적, 기상 증착(PVD), 화학 기상 증착(CVD), 플라즈마-향상 화학 기상 증착(PECVD) 및 전기 화학 도금(ECP; electrochemical plating)을 포함한다.
재료층들이 순차적으로 증착되고 제거되면서, 웨이퍼의 최상부 표면은 비평탄화된다. 후속 반도체 공정(예를 들면, 배선 공정)은 웨이퍼가 평탄한 표면을 가질 것을 요구하기 때문에, 웨이퍼는 평탄화될 필요가 있다. 평탄화는 거친 표면, 응집된 재료, 결정 격자 손상, 스크래치 및 오염된 층이나 물질 등과 같은 원하지 않은 표면 결함 및 원하지 않는 표면 토폴러지(topology)를 제거하는 데에 유용하다.
화학적 기계적 평탄화, 또는 화학적 기계적 연마(CMP)는 반도체 웨이퍼와 같은 기판을 평탄화하기 위해 쓰이는 일반적인 기술이다. 종래의 CMP에서, 웨이퍼 캐리어는 캐리어 어셈블리 상에 탑재되고 CMP 장치의 연마 패드와 접촉 상태로 위치하게 된다. 캐리어 어셈블리는 웨이퍼에 제어 가능한 압력을 제공하여 웨이퍼를 연마 패드에 대하여 가압한다. 패드는 외부 구동력에 의하여 웨이퍼에 대하여 이동(예를 들어, 회전)된다. 이와 동시에, 화학 조성물("슬러리") 또는 다른 유체 매체가 연마 패드 위로 유동하고 웨이퍼와 연마 패드 사이의 간격으로 유입된다. 따라서, 슬러리와 패드 표면의 화학적 기계적인 작용에 의하여 웨이퍼 표면은 연마되고 평탄화된다.
케이크(cake)로 폴리머(예를 들어, 폴리우레탄)를 캐스팅하고 케이크를 다수 의 얇은 연마 패드로 절단("스키빙(skiving)")하는 것은 일정한 재현 가능한 연마 특성(예를 들어, 레인하르트 외의 미국특허 제5,578,362호)을 갖는 "경질(hard)" 연마 패드의 효과적인 제조 방법임이 입증되었다. 불행하게도, 캐스팅 및 스키빙 방법으로부터 제조된 폴리우레탄 패드는 연마 패드의 캐스팅 위치로부터 야기되는 연마 편차(variation)를 가질 수 있다. 예를 들어, 바닥 캐스팅 위치 및 상단 캐스팅으로부터 절단된 패드들은 다른 밀도와 다공성을 가질 수 있다. 또한, 과다한 크기의 몰드(mold)로부터 절단된 연마 패드들은 패드 내에서의 밀도와 다공성 면에서 중심에서 에지로의 편차(center-to-edge variation)를 가질 수 있다. 이들 편차는, 저 유전성(low k) 패터닝된 웨이퍼(low k patterned wafer)와 같은, 가장 많이 요구되는 제품을 위한 연마에 악역향을 미칠 수 있다.
또한, 연마 패드를 망 구조(web format)로 형성하기 위하여 용매/비용매 공정을 이용하여 폴리머를 응고하는 것은 "연질(soft)" 연마 패드의 효과적인 제조 방법(예를 들어, 어반네이베이지 등의 미국특허 제6,099,954호)임이 입증되었다. 이 방법(즉, 망 구조)은 캐스팅 및 스키빙 공정에서 발견된 위에서 설명된 문제점들의 일부를 제거한다. 유감스럽게도, 일반적으로 사용되는 (유기) 용매(예를 들어, N,N-디메틸포름아미드)는 취급하기에 번거롭고 매우 비싼 비용을 들일 수 있다. 또한, 일정하지 않은 위치 및 응고 공정 동안에 형성되는 다공성으로 인하여 이들 연질 패드는 패드-대-패드 편차(pad-to-pad variation)를 격을 수 있다.
따라서, 개선된 밀도 및 다공성 균일도를 갖는 연마 패드에 대한 요구가 존재한다. 특히, 필요한 것은 일정한 연마 성능, 낮은 결함도 및 효과적인 제조 비용 을 제공하는 연마 패드이다.
본 발명의 제 1 태양에서, 내부에 분산된 미세 구체를 갖는 폴리머 매트릭스(polymeric matrix)를 포함하는 화학적 기계적 연마 패드가 제공되며, 폴리머 매트릭스는 수계 폴리머 또는 그 블렌드로 형성된다.
본 발명의 제 2 태양에서, 다공성을 갖는 폴리머 매트릭스 또는 내부에 분산된 필러(filler)를 포함하는 화학적 기계적 연마 패드가 제공되며, 폴리머 매트릭스는 100:1 내지 1:100의 중량 퍼센트 비율의 우레탄과 아크릴 분산제의 혼합물로 형성된다.
본 발명의 제 3 태양에서, 미세 구체를 함유한 수계 유체 상(fluid phase) 폴리머 조성물을 연속적으로 이송된 백킹 막(backing layer)으로 공급하는 단계; 이송된 백킹 막 상의 폴리머 조성물을 소정의 두께를 갖는 유체 상 연마 막으로 형상화하는 단계; 및 경화 오븐 내에서 이송된 백킹 막 상의 폴리머 조성물을 경화하여 폴리머 조성물을 연마 패드의 고상(solid phase) 연마 막으로 변환시키는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 패드 제조 방법이 제공된다.
본 발명은 감소된 결함도 및 개선된 연마 성능을 갖는 수계 연마 패드를 제공한다. 바람직하게는, 연마 패드는 망 구조(web-format) 형태로 제조되며, 그리고 캐스트(cast)되고 갈려진(skieved) "경질" 연마 패드와 종종 관련이 있는 패드-대-패드 편차(pad-to-pad variation)를 감소시킨다. 또한, 연마 패드는 바람직하게는 유기-용매 기반이기보다는 수계이며, 응고 공정에 의하여 형성된 종래 "연질" 패드보다 제조하기 용이하다. 본 발명의 연마 패드는 반도체 기판, 경식(rigid) 메모리 디스크, 광학 제품의 연마에 유용하며 또한 예를 들어 ILD, STI, 텅스텐, 구리 및 저유전성 유전체의 다양한 양태의 반도체 연마 공정에서의 사용에 유용하다.
이제 도면을 참고하면, 도 1a는 본 발명의 수계 연마 패드(300)를 제조하기 위한 장치(100)를 도시한다. 바람직하게는, 수계 연마 패드(300)는 "연속 제조"를 허용하는 망 구조로 형성되어 일괄 공정(batch process)에 의하여 야기될 수 있는 서로 다른 연마 패드(300)들 간의 편차를 감소시킨다. 장치(100)는 나선형으로 감긴 백킹 막(302)을 길이 방향으로 연속적인 형상으로 저장하는 공급 릴(feed reel) 또는 풀림(unwind) 스테이션(102)을 포함한다. 백킹 막(302)은 제품의 필수 부분으로 되는 폴리에스테르 필름(예를 들어, 버지니아 호프웰의 듀폰 테이진 社의 453 PET 필름) 또는 지지되지 않은 또는 프리 스탠딩 연마 패드(300)를 제공하기 위하여 벗겨질 수 있는 이형 코팅지(release-coated paper; 예를 들어, 사피/워렌 페이퍼 컴패니 社의 VEZ 수퍼 매트 지)와 같은 투과성 멤브레인으로 형성된다. 폴리에스테르 필름은 접착 촉진제(adhesion promoter)를 선택적으로 함유할 수 있다(예를 들어, CP 필름 社의 CP2 이형 코팅된 PET 필름).
백킹 막(backing layer; 302)은 바람직하게는 2 밀(mil) 내지 15 밀(0.05 mm 내지 0.38 mm)의 두께를 갖는다. 더 바람직하게는, 백킹 막(302)은 5 밀(mil) 내지 12 밀(0.13 mm 내지 0.30 mm)의 두께를 갖는다. 가장 바람직하게는, 백킹 막(302)은 7 밀(mil) 내지 10 밀(0.18 mm 내지 0.25 mm)의 두께를 갖는다.
공급 롤러(102)는 기계적으로 구동되어 구동 메커니즘(104)에 의하여 제어된 속도로 회전한다. 예를 들어, 구동 메커니즘(104)은 벨트(106) 및 모터 구동 풀리(108)를 포함한다. 선택적으로, 구동 메커니즘(104)은 모터 구동 플렉서블 샤프트 또는 모터 구동 기어 트레인(도시되지 않음)을 포함한다.
계속 도 1a를 참고하면, 연속적인 백킹 막(302)은 공급 릴(102)에 의하여, 예를 들어 스테인리스 스틸 벨트인 연속적인 컨베이어(110) 상으로 공급되며, 이 컨베이어는 이격된 구동 롤러(112) 상에서 폐고리로 된다. 구동 롤러(112)는 어느 정도의 속도로 모터 구동될 수 있으며, 이는 컨베이어(110)의 선형 이동을 연속적인 백킹 막(302)의 선형 이동과 동시에 발생시킨다. 백킹 막(302)은 컨베이어(110)에 의하여 각 구동 롤러(112)와 대응하는 아이들 롤러(112a) 사이의 공간을 따라서 이송된다. 백킹 막(302)의 명확한 트랙킹 제어(positive tracking control)를 위하여 아이들 롤러(112a)는 컨베이어(110)에 맞물린다. 컨베이어(110)는 테이블 지지체(110b)의 편평하고 수평인 표면 상에서 지지된 편평한 부분(110a)을 가지며, 이 편평한 부분은 백킹 막(302)을 지지하고 연속적인 제조 스테이션(114, 122 및 126)을 통하여 백킹 막(302)을 이송시킨다. 롤러 형태의 지지 부재(110c)는 컨베이어(110)와 백킹 막(302)의 명확한 트랙킹 제어를 위하여 컨베이어(110)와 백킹 막(302)의 측방향 에지(lateral edge)를 따라 분포된다.
제 1 제조 스테이션(114)은 저장 탱크(116) 및 탱크(116)의 출구에 설치된 노즐(118)을 더 포함한다. 점성, 유체 상태의 폴리머 조성물이 탱크(116)로 공급되며, 노즐(118)에 의하여 연속적인 백킹 막(302) 상으로 분배된다. 노즐(118)의 유 속은 탱크(116)의 출구에 구비된 펌프(120)에 의하여 제어된다. 노즐(118)은 연속적인 백킹 막(302)의 폭만큼 넓을 수 있어 백킹 막(302) 전체를 커버한다. 컨베이어(110)가 연속적인 백킹 막(302)을 제조 스테이션(114)을 지나쳐 이송시키면, 연속적인 유체 상(fluid phase)의 연마 막(340)이 백킹 막(302) 상으로 공급된다.
원료 재료들이 탱크(116)를 반복적으로 채우는 거대 균일 공급물로 혼합될 수 있기 때문에 최종 제품의 조성물 및 특성 면에서의 편차가 줄어든다. 다시 말해, 종래의 캐스트 및 스키브 기술의 문제점을 극복하기 위하여 본 발명은 수계 연마 패드의 망 구조 제조 방법을 제공한다. 공정의 연속적인 특성은 다수의 개별적인 연마 패드(300)로 절단되는 연마 패드(300)를 제조하기 위한 정밀한 제어를 원하는 영역 패턴 및 크기까지 가능하게 한다. 다수의 개별적인 연마 패드(300)는 조성물 및 특성의 편차를 감소시킨다.
바람직하게는, 유체 상태의 폴리머 조성물은 수계(water-based)이다. 예를 들어, 조성물은 수계 우레탄 분산물(예를 들어, 코네티컷, 미들버리의 크롬프톤 코퍼레이션의 W-290H, W-293, W-320, W-612 및 A-100 및 뉴저지, 웨스트 페터슨의 사이텍 인더스트리스 인코퍼레이션의 HP-1035 및 HP-5034) 및 아크릴 분산물(예를 들어, 펜실베이니아, 필라델피아의 롬 앤드 하스 컴패니의 로플렉스® E-358)을 포함할 수 있다. 또한, 아크릴/스티렌 분산물(예를 들어, 펜실베이니아, 필라델피아의 롬 앤드 하스 컴패니의 로플렉스® B-959 및 E-693)이 이용될 수 있다. 또한, 수계 우레탄과 아크릴 분산물의 블렌드(blends)가 이용될 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 100:1 내지 1:100 중량 퍼센트 비율의 수계 우레탄과 아크릴 분산물의 블렌드가 제공된다. 보다 바람직하게는, 10:1 내지 1:10 중량 퍼센트 비율의 수계 우레탄과 아크릴 분산물의 블렌드가 제공된다. 가장 바람직하게는, 3:1 내지 1:3 중량 퍼센트 비율의 수계 우레탄과 아크릴 분산물의 블렌드가 제공된다.
수계 폴리머는 다공성이고 채워진 연마 패드를 형성하는데 효과적이다. 본 명세서의 목적을 위하여, 연마 패드를 위한 필러(filler)는 연마 중에 제거되거나 용해되는 고체 입자, 액체가 채워진 입자(liquid-filled particles) 또는 구체를 포함한다. 본 명세서의 목적을 위하여, 다공성 물질(porosity)은 점성계(viscous system) 내로 기체를 기계적으로 포말화하거나, 가스를 폴리우레탄 용융물로 주입하거나, 가스 상태의 제품과의 화학 반응을 이용한 인시튜(in situ)로 가스를 도입하거나, 또는 압력을 감소시켜 용해된 가스가 기포를 형성하도록 하는 것과 같은 다른 수단으로부터 형성된 가스가 채워진 입자(gas-filled particles), 가스가 채워진 구체(gas-filled spheres) 및 기공을 포함한다.
임의적으로, 유체 상태의 폴리머 조성물은 소포제(예를 들어, 코그니스 사의 폼마스터 ® 111) 및 유동 개선제(예를 들어, 롬 앤드 하스 컴패니의 Acrysol® ASE-60, Acrysol I-62, Acrysol RM-12W, Acrysol RM-825 및 Acrysol RM-8W)를 포함하는 다른 첨가제를 함유할 수 있다. 다른 첨가제, 예를 들어, 피막 건조 억제제(예를 들어, 란섹스 코퍼레이션의 Borchi-Nox® C3 및 Borchi-Nox M2)와 합착제(예를 들어, 이스트만 화학의 Texanol® Easter alchol)가 이용될 수 있다.
제 2 제조 스테이션(122)은 예를 들어, 연속적인 백킹 막(302)으로부터 일정 거리에 위치한 닥터 블레이드(124; doctor blade)를 포함하며, 상기 거리는 닥터 블레이드와 백킹 막 사이에서의 간극 공간을 정의한다. 컨베이어(110)가 연속적인 백킹 막(302)과 유체 상 연마 막(304)을 제조 스테이션(122)의 닥터 블레이드(124)를 지나 이송시키면, 닥터 블레이드(124)는 유체 상 연마 막(304)을 소정 두께로 연속적으로 성형한다.
제 3 제조 스테이션(126)은 경화 오븐(128), 예를 들어 연속적인 백킹 막(302)과 연마 막(304)을 이송시키는 가열된 터널을 포함한다. 오븐(128)은 유체 상 연마 막(304)을 연속적인 백킹 막(302)에 접착된 연속적인 고상 연마 막(304)으로 경화시킨다. 예를 들어, 표면 기포(surface blisters) 형성을 방지하기 위하여 수분은 천천히 제거되어야만 한다. 경화 시간은 온도 및 오븐(128)을 통한 이송 속도에 의하여 제어된다. 오븐(128)은 복사 가열 또는 강제 대류 가열 또는 이 두 가지 방식을 이용하여 연료 가열 또는 전기적으로 가열될 수 있다.
바람직하게는, 오븐(128)의 온도는 50℃ 내지 150℃일 수 있다. 보다 바람직하게는, 오븐(128)의 온도는 55℃ 내지 130℃일 수 있다. 가장 바람직하게는, 오븐(128)의 온도가 60℃ 내지 120℃일 수 있다. 또한, 연마 막(304)은 오븐(128)을 통하여 5 fpm 내지 20 fpm(1.52 mps 내지 6.10 mps)의 속도로 이동할 수 있다. 바람직하게는, 연마 막(304)은 오븐(128)을 통하여 5.5 fpm 내지 15 fpm(1.68 mps 내지 4.57 mps)의 속도로 이동할 수 있다. 보다 바람직하게는, 연마 막(304)은 오븐(1208)을 통하여 6 fpm 내지 12 fpm(1.83 mps 내지 3.66 mps)의 속도로 이동할 수 있다.
도 1b를 참고하면, 오븐(128)을 벗어나자마자, 연속적인 백킹 막(302)은 연속적인 고상 연마 막(304)에 접착되어 연속적인 수계 연마 패드(300)를 형성한다. 수계 연마 패드(300)는 테이크 업 릴(take up reel; 130) 상에 나선형으로 감기며, 이는 제조 스테이션(126)을 지나서 연속적으로 진행된다. 테이크 업 릴(130)과 제 2 구동 메커니즘(104)은 개별적인 제조 스테이션을 포함하며, 이 제조 스테이션은 제조 장치(100) 내에 선택적으로 위치한다.
도 2를 참고하면, 연속적인 수계 연마 패드(300)의 표면 컨디서닝(surface conditioning) 또는 표면 마무리를 위한 장치(200)가 임의적으로 제공된다. 이 장치(200)는 도 1a에 개시된 컨베이어와 유사한 컨베이어(110) 또는 동일 컨베이어(110)의 연장된 부분을 포함한다. 장치(200)의 컨베이어(110)는 구동 롤러(112) 및 오븐(128)에서 빠져나온 수계 연마 패드(300)를 지지하는 편평한 부분(110a)을 갖는다. 장치(200)의 컨베이어(110)는 하나 이상의 제조 스테이션(201, 208 및 212)을 통하여 연속적인 연마 패드(300)를 이동시키며, 여기서 수계 연마 패드(300)는 오븐(128) 내에서의 경화 공정에 이어서 더 처리된다. 추가적인 평면 테이블 지지체(110b) 및 추가적인 지지 부재(110c)를 갖는 장치(200)가 개시되며, 이 테이블 지지체와 지지 부재는 도 1a을 참고로 하여 개시된 것과 동일하게 작동한다.
연마 막(304)의 표면 마무리 및 평탄 표면 수준을 보이기 위하여 고체화된 연마 막(304)은 버핑(buffed)될 수 있다. 원하는 경우, 홈 또는 다른 요부(indentations) 형태의 거침(aspertities)은 연마 막(304)의 표면으로 가공된다. 예를 들어, 가공 스테이션(201)은 한 쌍의 압축 성형, 스탬핑 다이를 포함하며, 이 다이는 스탬핑 작동 동안에 서로를 향하여 근접하는 왕복 스탬핑 다이(202) 및 고정 다이(204)를 구비한다. 왕복 다이(202)는 연속적인 연마 막(304)의 표면을 향한다. 다이(202) 상의 다수의 치차(205)는 연속적인 연마 막(304)의 표면을 관통한다. 스탬핑 작동은 표면 마무리 작동을 제공한다. 예를 들어, 치차(205)는 연속적인 연마 막(304) 표면 내의 홈의 패턴을 톱니 모양으로 만든다. 컨베이어(110)는 간헐적으로 잠시 정지할 수 있으며, 다이들(202 및 204)이 서로를 향하여 근접할 때 정지 상태가 된다. 대안적으로, 다이들(202 및 204)이 서로를 향하여 근접할 때의 시간 동안에 다이들(202 및 204)이 이송 방향으로 컨베이어(110)와 동시에 이동한다.
제조 스테이션(208)은 예를 들어, 연속적인 연마 막(304)의 표면 내의 홈을 절단하기 위하여 회전 톱(210; rotary saw)을 포함한다. 톱(210)은, 예를 들어 직교 운동 플로터(orthogonal motion plotter)에 의하여 예정된 경로를 따라 이동하여 홈을 홈의 원하는 패턴 형태로 절단한다. 다른 제조 스테이션(212)은 연속적인 연마 막(304)의 표면을 선택적으로 거칠어지거나 매끄러운 원하는 표면 마무리를 갖는 편평한 평면 표면으로 버핑(buffing) 또는 밀링하기 위하여 회전 밀링 헤드(214)를 포함한다.
제조 스테이션(202, 210 및 212)의 순서는 도 2에 의하여 개시된 바와 같은 순서와 달라질 수 있다. 원하는 경우, 하나 또는 그 이상의 제조 스테이션(202, 210 및 212)이 제거될 수 있다. 테이크 업 릴(130) 및 제 2 구동 메커니즘(104)은 컨베이어(110)의 종단에서 제조 장치(200) 내에 선택적으로 위치하는 개별적인 제 조 스테이션을 포함하여 고상의 연속 연마 패드(300)를 수집한다.
도 3a를 참고하면, 도 3a는 본 발명의 장치(100)에 의하여 제조된 연마 패드(300)의 단면을 도시한다. 위에서 설명한 바와 같이, 오븐(128) 내에서 경화되면, 수계 폴리머는 고형화된 연속 연마 패드(300)를 형성한다. 임의적으로, 연마 패드(300)는 연마 막(304) 내에 연마 입자 또는 미립자(306)를 포함할 수 있어 고정된 연마 패드(fixed-abrasive pad)를 형성한다. 따라서, 연마 입자 또는 미립자(306)는 유체 상태의 폴리머 혼합물 내의 구성 요소로서 포함된다. 폴리머 혼합물은 연마 입자 또는 미립자(306)가 혼입된(entrained) 매트릭스가 된다.
도 3b를 참고하면, 본 발명의 연마 패드(300)의 다른 실시예에서, 발포제 또는 취입제 또는 가스 형태의 혼입된 구성 요소는 폴리머 혼합물 내에 포함되며, 폴리머 혼합물은 상기 구성 요소가 혼입된 매트릭스로서 작용한다. 경화 중에, 기포제(foaming agent) 또는 발포제(blowing agent) 또는 가스는 휘발성 물질로서 새어나가 연속 연마 막(304)의 전체에 걸쳐 분포된 개기공(308; open pore)을 형성한다. 도 3b의 연마 패드(300)는 백킹 막(302)을 더 포함한다.
도 3c를 참고하면, 미세 기포(microballons) 또는 폴리머 미세 구체(micorsphere; 310)를 포함하는 연마 패드(300)의 다른 실시예가 개시되며, 미세 기포 또는 폴리머 미세 구체는 폴리머 혼합물 내에 포함되고 연속 연마 패드(304)의 전체에 걸쳐 분포된다. 미세 구체(310)는 가스로 채워질 수 있다. 대안적으로, 미세 구체(310)는 연마 유체로 채워질 수 있으며, 연마 동작 중에 연마 패드(300)가 사용되어 미세 구체(310)가 연마에 의하여 개방될 때 이 연마 유체가 분배된다. 대안적으로, 미세 구체(310)는 연마 동작 중에 물에서 용해되는 수용성 폴리머 미세 성분이다. 도 3c의 연마 패드(300)는 백킹 막(302)을 더 포함한다.
바람직하게는, 폴리머 미세 구체(310)의 적어도 일부는 일반적으로 유연하다. 적절한 폴리머 미세 구체(310)는 무기염, 당 및 수용성 입자를 포함한다. 이러한 폴리머 미세 구체(310; 또는 미세 성분)의 예는 폴리비닐 알코올, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 하이드로프로필메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 하이드록시프로필셀룰로스, 폴리아크릴 산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴라이트, 전분(starches), 말레산 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 사이클로덱스트린 및 그 조합물을 포함한다. 용해도, 팽윤(swelling) 및 다른 특성을 변화시키기 위하여 예를 들어 분기(branching), 블록킹(blocking) 및 가교(crosslinking)에 의하여 미세 구체(310)는 화학적으로 변형될 수 있다. 미세 구체를 위한 바람직한 재료는 폴리아크릴로니트릴과 폴리비닐리딘 클로라이드의 코폴리머(예를 들어, 스웨덴, 썬즈벌의 아크조 노벨 사의 ExpancelTM)이다.
바람직하게는, 수계 연마 패드(300)는 적어도 0.3 체적 퍼센트 농도의 다공성 물질(porosity) 또는 필러(filler)를 함유할 수 있다. 이 다공성 물질 또는 필러는 연마 과정 중에 연마 유체를 이송시킬 수 있는 연마 패드의 능력에 기여한다. 더욱 바람직하게는, 연마 패드는 0.55 내지 70 체적 퍼센트 농도의 다공성 물질 또는 필러를 갖는다. 가장 바람직하게는, 연마 패드는 0.6 내지 60 체적 퍼센트 농도 의 다공성 물질 또는 필러를 갖는다. 바람직하게는, 기공 또는 필러 입자는 10 내지 100 ㎛의 중량 평균 직경(weight average diameter)을 갖는다. 가장 바람직하게는, 기공 또는 필러 입자는 15 내지 90 ㎛의 중량 평균 직경을 갖는다. 팽창된 중공형 폴리머 미세 구체의 중량 평균 직경 공칭의 범위는 15 내지 50 ㎛이다.
따라서, 본 발명은 감소된 결함도 및 개선된 연마 성능을 갖는 수계 연마 패드를 제공한다. 바람직하게는, 연마 패드는 망-구조 형태로 제조되며, 캐스트(cast)되어 스카이빙진(skived) "경질" 연마 패드와 종종 관련이 있는 패드-대-패드 편차를 감소시킨다. 또한, 연마 패드는 바람직하게는 유기-용매 기반이기보다는 수계이며, 응고 공정에 의하여 형성된 종래 "연질" 패드보다 더 높은 수율을 가지며 더 적은 결함을 갖는다.
실시예
하기 표는 본 발명의 수계 패드의 향상된 결함도를 나타낸다. 크롬프톤 코퍼레이션의 W-290H 75그램을 롬 앤드 하스 컴패니의 Rhoplex® E-358 25그램과 혼합 탱크 내에서 3:1의 비율로 2분 동안 혼합하여 수계 패드를 형성하였다. 그 후, 코그니스 사의 Foamster® 111 1그램을 혼합 탱크로 첨가하여 추가 2분 동안 혼합하였다. 그 후, Expancel®551 DE40d42(Expancel®551 DE40d42은 아크조 노벨 사가 제조한 30 내지 50의 중량 평균 직경의 중공 폴리머 미세 구체이다) 0.923그램을 혼합 탱크에 첨가하고 추가 5분 동안 혼합하였다. 그후, 롬 앤드 하스 컴패니의 Acrysol®ASE-60 및 5 Acrysol I-62 증점제 1그램을 혼합 탱크에 첨가하고 15분 동 안 혼합하였다. 그후, 혼합물을 듀폰 테이진 사의 453 PET 필름 상에 코팅(50 밀(1.27 mm) 두께 습식)하고 6시간 동안 60℃ 온도의 가열 공기 오븐 내에서 건조하였다. 수득된 연마 패드는 두께가 25 밀(0.64 mm)이었다. 수계 연마 패드를 그후 120 밀(3.05mm)의 피치, 9 밀(0.23mm)의 두께 그리고 20 밀(0.51mm)의 폭을 갖는 원형 홈을 형성하였다. 3 psi(20.68 kPa)와 150cc/분(min)의 연마 용액 유속의 하향 압력 조건, 120 RPM의 플래튼(platen) 속도 및 114 RPM의 캐리어 속도 하에서 본 발명의 수계 연마 패드를 이용한 Applied Materials Mirra® 연마기로 시료(구리 시트 웨이퍼)를 평탄화하였다. 하기 표에 도시된 바와 같이, 테스트 1 내지 3은 본 발명의 연마 패드로 연마된 시편을 나타내며, 테스트 A 내지 C는 종래의 "연질" 패드로 연마된 시편의 비교예를 나타낸다.
테스트 미세 스크래치 1 넓은 스크래치2 미세 채터3 (Chatter) 넓은 채터4 홈5 (Gouges) 전체 결함 개수
1 5 7 11 38 0 61
2 9 12 3 27 0 50
3 7 6 12 32 2 60
A 64 48 72 153 0 338
B 15 17 12 54 0 98
C 13 2 26 61 0 102
위의 표 1에서,
1. 길이가 약 1 내지 10㎛인 표면 상의 연속적인 선형 마크.
2. 길이가 10㎛ 이상인 표면 상의 좁고 얕고 그리고 연속적인 선형 마크
3. 선 내에 배치된 길이가 약 1 내지 10㎛인 연속적인 일련의 피트(pits) 또는 홈.
4. 선 내에 배치된 길이가 약 10㎛인 연속적인 일련의 피트 또는 홈.
5. 변하기 쉬운 폭을 갖는 단일의 짧은 마크.
표 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 수계 연마 패드는 연마된 시료 중에서 가장 적은 양의 결함도를 제공한다. 예를 들어, 종래의 "연질" 패드로 연마된 시편들과 비교하여, 본 발명의 수계 패드로 연마된 시료들은 결함도 면에서 3배보다 큰 감소를 제공한다.
따라서, 본 발명은 감소된 결함도 및 개선된 연마 성능을 갖는 수계 연마 패드를 제공한다. 바람직하게는, 연마 패드는 망 구조 형태로 제조되며, 그리고 캐스트되어 스카이빙된 "경질" 연마 패드와 종종 관련이 있는 패드-대-패드 편차를 감소시킨다. 또한, 연마 패드는 바람직하게는 유기-용매 기반이기보다는 수계이며, 응고 공정에 의하여 형성된 종래 "연질" 패드보다 큰 수율을 가지며 또한 적은 결함을 갖는다.

Claims (10)

  1. 내부에 분산된 미세 구체를 갖는 폴리머 매트릭스(polymeric matrix)를 포함하되, 폴리머 매트릭스는 수계 폴리머 또는 그 블렌드로 형성된 화학적 기계적 연마 패드.
  2. 제 1 항에 있어서, 폴리머 조성물은 우레탄 분산물, 아크릴 분산물, 스티렌 분산물 또는 그 블렌드인 연마 패드.
  3. 제 1 항에 있어서, 폴리머 조성물은 100:1 내지 1:100의 중량 퍼센트의 우레탄과 아크릴 분산물의 블렌드를 포함하는 연마 패드.
  4. 제 1 항에 있어서, 미세 구체는 폴리비닐 알코올, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 하이드로프로필메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 하이드록시프로필셀룰로스, 폴리아크릴 산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴라이트, 전분(starches), 말레산 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 사이클로덱스트린, 폴리비닐리딘 디클로라이드, 폴리아크릴로니트릴 및 그 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 연마 패드.
  5. 제 1 항에 있어서, 미세 구체는 연마 패드의 적어도 0.3 체적 퍼센트를 포함하는 연마 패드.
  6. 제 1 항에 있어서, 폴리머 매트릭스는 소포제, 유동 개선제, 피막 건조 억제제 또는 합착제를 더 포함하는 연마 패드.
  7. 내부에 분산된 다공성 물질(porosity) 또는 필러(filler)를 갖는 폴리머 매트릭스를 포함하되, 폴리머 매트릭스는 100:1 내지 1:100의 중량 퍼센트 비율의 우레탄과 아크릴 분산제의 블렌드로 형성된 기계적 화학적 연마 패드.
  8. 미세 구체를 함유한 수계 유체 상(fluid phase) 폴리머 조성물을 연속적으로 이송되는 백킹 막으로 공급하는 단계;
    이송되는 백킹 막 상의 폴리머 조성물을 소정의 두께를 갖는 유체 상 연마 막으로 성형하는 단계; 및
    경화 오븐 내에서 이송된 백킹 막 상의 폴리머 조성물을 경화하여 폴리머 조성물을 연마 패드의 고상(solid phase) 연마 막으로 변환시키는 단계를 포함하는 화학적 기계적 연마 패드 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서, 폴리머 조성물은 우레탄 분산물, 아크릴 분산물, 스티렌 분산물 또는 그 블렌드를 포함하는 방법.
  10. 제 8 항에 있어서, 미세 구체는 폴리비닐 알코올, 펙틴, 폴리비닐 피롤리돈, 하이드록시에틸셀룰로스, 메틸셀룰로스, 하이드로프로필메틸셀룰로스, 카르복시메틸셀룰로스, 하이드록시프로필셀룰로스, 폴리아크릴 산, 폴리아크릴아미드, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리하이드록시에테르아크릴라이트, 전분(starches), 말레산 코폴리머, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리우레탄, 사이클로덱스트린, 폴리비닐리딘 디클로라이드, 폴리아크릴로니트릴 및 그 조합물을 포함하는 그룹으로부터 선택된 방법.
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