KR20080090496A - 화학 기계 연마 패드 - Google Patents

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리끼마루 구와바라
게이스께 구리야마
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제이에스알 가부시끼가이샤
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Abstract

본 발명의 목적은 높은 연마 속도를 제공함과 동시에 피연마면에서의 스크래치의 발생을 충분히 억제할 수 있고, 또한 연마량에 대하여 고도의 피연마면내 균일성을 실현할 수 있는 화학 기계 연마 패드를 제공하는 것이다. 상기 목적은 연마층의 표면 고유 저항값이 1.0×107 내지 9.9×1013 Ω인 화학 기계 연마 패드에 의해서 달성된다. 이러한 연마층은 바람직하게는 (A) 체적 고유 저항률이 1.0×1013 내지 9.9×1017 Ωㆍcm인 고분자 매트릭스 성분 및 (B) 체적 고유 저항률이 1.0×106 내지 9.9×1012 Ωㆍcm인 성분을 함유하는 조성물로 형성된다.
화학 기계 연마 패드, 연마 속도, 표면 고유 저항값, 고분자 매트릭스, 체적 고유 저항률.

Description

화학 기계 연마 패드 {CHEMICAL MECHANICAL POLISHING PAD}
본 발명은 화학 기계 연마 패드에 관한 것이다.
반도체 장치의 제조에서, 우수한 평탄성을 갖는 표면을 형성할 수 있는 연마 방법으로서 화학 기계 연마(Chemical Mechanical Polishing, 통상 「CMP」라 약칭함)가 널리 이용되었다. 화학 기계 연마는 화학 기계 연마 패드와 피연마면을 접동시키며 화학 기계 연마 패드의 표면에 화학 기계 연마용 수계 분산체를 유하시키면서 화학 기계적으로 연마를 행하는 기술이다. 이 화학 기계 연마에서는 화학 기계 연마 패드의 성상, 특성에 의해 연마 결과가 크게 좌우되는 것으로 알려져 있다. 그 때문에, 각종 화학 기계 연마 패드가 제안되었다.
예를 들면, 일본 특허 공개 (평)11-70463호 공보 및 일본 특허 공개 (평)8-216029호 공보에는, 미세한 공공(空孔)을 함유하는 폴리우레탄폼을 화학 기계 연마 패드로서 이용하여, 이 패드의 표면에 개구되는 공공(포어)에 화학 기계 연마용 수계 분산체를 유지시켜 연마를 행하는 화학 기계 연마 방법이 제안되었다.
또한, 일본 특허 공표 (평)8-500622호 공보 및 일본 특허 공개 제2000-34416호 공보에는, 비수용성 매트릭스 수지 중에 수용성 중합체를 분산시킨 연마 패드가 제안되었다. 이 패드는 수용성 입자 중, 화학 기계 연마시에 화학 기계 연마용 수 계 분산체와 접촉된 수용성 입자만이 용해 또는 이탈 분리됨으로써 형성된 공공에 화학 기계 연마용 수계 분산체를 유지시켜 연마를 행할 수 있는 것이다.
이들 화학 기계 연마 패드 중, 전자의 패드는 폴리우레탄폼의 발포를 원하는 상태로 제어하는 것이 곤란하기 때문에 패드의 품질이 변동되고, 연마 속도나 가공 상태가 변동되는 것이 문제가 되었다. 특히, 피연마면에 스크래치라 불리는 세게 긁힌 흠집형의 표면 결함이 발생하는 경우가 있어 개선이 요망되었다. 한편, 후자의 패드에서는 연마시에 형성되는 공공의 크기, 분포 등의 제어는 용이하지만, 피연마면에서의 연마량의 면내 균일성(피연마면의 특정점마다 연마량을 비교한 경우의 변동)이 불충분한 경우가 있어 역시 개선이 요망되었다.
또한, 최근 반도체 장치의 고집적화, 미세화의 요구에 따라서 피연마면의 표면 상태에 요구되는 스펙은 점점 엄격해지는 경향이 있다. 또한, 공정 타임의 단축의 관점에서, 연마 속도에 대해서는 보다 높은 것이 요구되었다.
이러한 상황 가운데, 큰 연마 속도를 유지하면서 피연마면의 스크래치 발생의 억제 및 연마량의 면내 균일성의 향상 모두에 대하여 만족할 수 있는 연마 결과를 제공하는 화학 기계 연마 패드는 아직 알려져 있지 않았다.
<발명의 개시>
본 발명은 상기 사정을 감안한 것이고, 그의 목적은 높은 연마 속도를 제공함과 동시에, 피연마면에서의 스크래치의 발생을 충분히 억제할 수 있으며, 연마량에 대하여 고도의 피연마면내 균일성을 실현할 수 있는 화학 기계 연마 패드를 제공하는 것에 있다.
본 발명에 따르면, 본 발명의 상기 목적은 연마층의 표면 고유 저항값이 1.0×107 내지 9.9×1013 Ω인 화학 기계 연마 패드에 의해서 달성된다.
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
본 발명의 화학 기계 연마 패드는 연마층의 표면 고유 저항값이 1.0×107 내지 9.9×1013 Ω이다. 이 요건을 만족시키는 한, 연마층은 어떠한 재료로부터도 형성될 수 있지만, 예를 들면 (A) 체적 고유 저항률이 1.0×1013 내지 9.9×1017 Ωㆍcm인 고분자 매트릭스 성분 및 (B) 체적 고유 저항률이 1.0×106 내지 9.9×1012 Ωㆍcm인 성분을 함유하는 조성물로 형성된 연마층일 수 있다. 이하, 본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마층을 형성하기 위한 바람직한 조성물에 함유되는 각 성분에 대하여 설명한다.
(A) 성분
본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마층을 제조하기 위한 조성물에 바람직하게 이용되는 (A) 성분은, 체적 고유 저항률이 1.0×1013 내지 9.9×1017 Ωㆍcm인 고분자 매트릭스 성분이다. 이 값은 바람직하게는 5.0×1013 내지 9.9×1017 Ωㆍcm이고, 보다 바람직하게는 1.0×1014 내지 5.0×1017 Ωㆍcm이다.
이러한 (A) 성분의 예로서는, 예를 들면 공액 디엔의 단독 중합체, 2종 이상의 공액 디엔의 공중합체, 공액 디엔과 다른 단량체와의 공중합체 등을 들 수 있다.
상기 공액 디엔으로서는, 예를 들면 1,3-부타디엔, 이소프렌, 2,3-디메틸-1,3-부타디엔, 1,3-펜타디엔, 2-메틸-1,3-펜타디엔, 1,3-헥사디엔, 4,5-디에틸-1,3-옥타디엔 등을 들 수 있다.
상기 다른 단량체로서는, 예를 들면 불포화 카르복실산에스테르, 시안화비닐 화합물 등을 들 수 있다. 불포화 카르복실산에스테르로서는, 예를 들면 (메트)아크릴레이트, 에틸(메트)아크릴레이트, n-프로필(메트)아크릴레이트, i-프로필(메트)아크릴레이트, 시클로헥실(메트)아크릴레이트, 페닐(메트)아크릴레이트, 2-메톡시에틸(메트)아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트 등;
시안화비닐 화합물로서는, 예를 들면(메트)아크릴로니트릴, α-클로로아크릴로니트릴, 시안화비닐리덴 등을 각각 들 수 있다.
(A) 성분이 공액 디엔과 다른 단량체와의 공중합체인 경우, 다른 단량체의 공중합 비율은, 공액 디엔과 다른 단량체와의 합계량에 대하여 바람직하게는 50 중량％ 이하이고, 보다 바람직하게는 30 중량％ 이하이다.
(A) 성분으로서는, 1,3-부타디엔의 단독 중합체 또는 1,3-부타디엔과 다른 단량체와의 공중합체가 바람직하다. 1,3-부타디엔의 단독 중합체로서는, 예를 들면 부타디엔 고무, 1,2-폴리부타디엔 등;
1,3-부타디엔과 다른 단량체와의 공중합체로서는, 예를 들면 부타디엔ㆍ아크릴로니트릴 고무, 부타디엔ㆍ메틸메타크릴레이트 고무 등을 각각 들 수 있다.
(A) 성분으로서는, 이들 중에서 1,3-부타디엔의 단독 중합체가 보다 바람직하고, 1,2-폴리부타디엔이 더욱 바람직하다.
(A) 성분의 분자량으로서는, 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균 분자량으로서, 바람직하게는 5,000 내지 1,000,000이고, 보다 바람직하게는 10,000 내지 500,000이다.
(B) 성분
본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마층을 제조하기 위한 조성물에 바람직하게 이용되는 (B) 성분은, 체적 고유 저항률이 1.0×106 내지 9.9×1012 Ωㆍcm인 첨가제이다. 이 값은 바람직하게는 1.0×106 내지 5.O×1012 Ωㆍcm이고, 보다 바람직하게는 5.0×106 내지 9.9×1011 Ωㆍcm인 중합체이다.
(B) 성분으로서는, 주쇄에 에테르 결합을 포함하는 중합체, 상기 체적 고유 저항률을 갖는 에스테르 결합을 포함하는 화합물(단, 주쇄에 에테르 결합을 포함하는 중합체를 제외함), 상기 체적 고유 저항률을 갖는 그 밖의 중합체를 들 수 있다.
상기 주쇄에 에테르 결합을 포함하는 중합체로서는, 예를 들면 폴리옥시에틸렌, 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌알킬페놀에테르, 폴리에테르에스테르아미드, 폴리에테르아미드이미드, 폴리프로필렌글리콜, 폴리옥시프로필렌부틸에테르, 폴리옥시프로필렌글리세릴에테르, 폴리옥시프로필렌소르비트, 옥시에틸렌-에피클로로히드린 공중합체, 메톡시폴리에틸렌글리콜(메트)아크릴레이트 공중합체, 폴리옥시에틸렌라우릴에테르, 폴리옥시에틸렌세틸에테르, 폴리옥시에틸렌올레일에테르, 폴리옥시에틸렌올레일세틸에테르, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌글리콜, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌부틸에테르, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌헥실렌글리콜에테르, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌트리메틸올프로판, 폴리옥시에틸렌폴리옥시프로필렌글리세릴에테르, 폴리에테르 블록과 폴리올레핀 블록을 갖는 공중합체, 염소 함유 폴리에테르, 폴리아세탈 수지, 알킬글루코시드, 폴리옥시에틸렌 지방산 아민, 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄 지방산 에스테르 등 외, 일본 특허 공개 제2001-278985호 공보에 기재된 중합체 등을 들 수 있다. 폴리옥시에틸렌 지방산 에스테르로서는, 예를 들면 모노스테아르산폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜라우레이트, 폴리에틸렌글리콜모노올레에이트, 폴리에틸렌글리콜디스테아레이트 등을 들 수 있다.
상기 체적 고유 저항률을 갖는 에스테르 결합을 포함하는 화합물(단, 주쇄에 에테르 결합을 포함하는 중합체를 제외함)로서는, 예를 들면 수크로오스 지방산 에스테르, 소르비탄 지방산 에스테르, 지방산 글리세린에스테르, (메트)아크릴산에스테르 (공)중합체 등을 들 수 있다. (메트)아크릴산에스테르 (공)중합체로서는, 아크릴산에스테르 공중합체(아크릴 고무)가 바람직하다.
상기 체적 고유 저항률을 갖는 그 밖의 중합체로서는, 예를 들면 폴리비닐알코올, 폴리비닐피롤리돈, 폴리(메트)아크릴산, 술폰화 폴리이소프렌, 술폰화 이소프렌 공중합체, 변성 폴리아미드 수지 등을 들 수 있다. 여기서, 「변성 폴리아미드 수지」란, 제3급 아민을 갖는 부위 및 폴리알킬렌글리콜쇄를 갖는 부위를 갖는 중합체를 의미한다. 제3급 아민은, 제3급 아민을 갖는 블록의 주쇄에 있을 수도 측쇄에 있을 수도 있다. 제3급 아민을 주쇄에 갖는 블록은, 예를 들면 아미노에틸피페라진, 비스아미노프로필피페라진 등의 단량체에서 유래하는 것일 수 있다. 제3급 아민을 측쇄에 갖는 블록은, 예를 들면 α-디메틸아미노-ε-카프로락탐 등의 단량체에서 유래하는 것일 수 있다. 폴리알킬렌글리콜쇄를 갖는 블록은, 예를 들면 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜 등의 폴리알킬렌글리콜에서 유래하는 것일 수 있다.
(B) 성분으로서는, 이들 중에서 주쇄에 에테르 결합을 포함하는 중합체, 아크릴 고무 또는 변성 폴리아미드 수지가 보다 바람직하고, 특히 바람직하게는 폴리에테르 블록과 폴리올레핀 블록을 갖는 공중합체, 염소 함유 폴리에테르, 아크릴 고무 또는 변성 폴리아미드 수지가 (A) 성분과의 상용성이 적절하기 때문에 바람직하다.
(B) 성분의 분자량으로서는, 겔 투과 크로마토그래피로 측정한 폴리스티렌 환산의 중량평균 분자량으로서 바람직하게는 5,000 내지 5,000,000이고, 보다 바람직하게는 30,000 내지 5,000,000이다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드에 이용되는 (B) 성분의 양은 (A) 성분과 (B) 성분의 합계에 대하여 바람직하게는 0.5 내지 40 질량％이고, 보다 바람직하게는 1 내지 35 질량％이고, 더욱 바람직하게는 3 내지 30 질량％이다.
그 밖의 성분
본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마층을 형성하기 위한 바람직한 조성물은, 상기 (A) 성분 및 (B) 성분을 함유하지만, 필요에 따라서 그 밖의 성분을 더 함유할 수 있다. 그 밖의 성분으로서는, 예를 들면 (C) 수용성 입자, (D) 가교제, (E) 충전제, (F) 연화제, (G) 산화 방지제, (H) 자외선 흡수제, (I) 윤활제, (J)가소제 등을 들 수 있다.
(C) 수용성 입자
(C) 수용성 입자는 화학 기계 연마 패드 중에 입자로서 분산되어 존재하고, 화학 기계 연마시 화학 기계용 수계 분산체와 접촉하였을 때에 화학 기계 연마용 패드로부터 이탈 분리되어 패드의 표면 근방에 공공(포어)을 형성하는 기능을 갖는 입자이다. 이 이탈 분리는 수계 분산체 내에 함유되는 물 등과의 접촉에 의해 용해됨으로써 생길 수도 있고, 이 물 등을 함유하여 팽윤하여 콜로이드상이 됨으로써 생기는 것일 수도 있다.
(C) 수용성 입자는 포어를 형성하는 효과 이외에도, 화학 기계 연마 패드로 만들었을 때의 패드의 압입 경도를 크게 하는 효과를 갖는다. 이에 의해, 피연마체에 부하할 수 있는 압력을 크게 할 수 있고, 이에 따라 연마 속도를 향상시킬 수 있으며 보다 높은 연마 평탄성이 얻어진다. 따라서, (C) 수용성 입자는 화학 기계 연마 패드에서 충분한 압입 경도를 확보할 수 있는 중실체인 것이 바람직하다.
(C) 수용성 입자를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 유기계 수용성 입자 및 무기계 수용성 입자를 들 수 있다. 유기계 수용성 입자로서는 덱스트린, 시클로덱스트린, 만니트, 당류(젖당 등), 셀룰로오스류(히드록시프로필셀룰로오스, 메틸셀룰로오스 등), 전분, 단백질 등으로부터 형성된 것을 들 수 있다. 또한, 무기계 수용성 입자로서는, 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨, 질산마그네슘 등으로부터 형성된 것을 들 수 있다.
이들 중에서 유기계 수용성 입자를 이용하는 것이 바람직하고, 특히 시클로덱스트린을 바람직하게 이용할 수 있다.
이들 (C) 수용성 입자는 상기 각 재료를 단독으로 사용할 수 있고, 또는 2종 이상을 조합하여 이용할 수 있다. 또한, 소정의 재료로 이루어지는 1종의 수용성 입자일 수도 있고, 다른 재료로 이루어지는 2종 이상의 수용성 입자일 수도 있다.
(C) 수용성 입자의 평균 입경은 0.1 내지 500 ㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛이다. 이 범위의 입경의 수용성 입자를 사용함으로써, 패드 표면 근방에 형성되는 포어의 화학 기계 연마용 수계 분산체의 유지 능력과, 패드의 기계적 강도의 균형이 우수한 화학 기계 연마 패드로 할 수 있다.
(C) 수용성 입자의 사용량은, (A) 성분과 (B) 성분의 합계를 100 중량부로 한 경우에 300 중량부 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 1 내지 300 중량부이고, 더욱 바람직하게는 1 내지 150 중량부이고, 특히 5 내지 100 중량부인 것이 바람직하다.
(C) 수용성 입자가 화학 기계 연마 패드의 연마층의 체적에서 차지하는 비율은 전체의 90 체적％ 이하인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.1 내지 90 체적％이고, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 60 체적％이고, 특히 0. 5 내지 40 체적％인 것이 바람직하다.
이 범위 내의 사용량, 함유량으로 함으로써 양호한 연마 성능을 나타내는 화학 기계 연마 패드로 할 수 있다.
(C) 수용성 입자는 연마 패드의 표층에 노출된 경우에만 물 등에 용해 또는 팽윤되고, 연마 패드 내부에서는 흡습되어 더 팽윤되지 않는 것이 바람직하다. 이를 위해서 수용성 입자는 최외부의 적어도 일부에 흡습을 억제하는 외피(外殼)를 구비할 수 있다. 이 외피는 수용성 입자에 물리적으로 흡착될 수도, 수용성 입자와 화학 결합할 수도, 또한 이 양방(兩方)에 의해 수용성 입자에 접촉될 수도 있다. 이러한 외피를 형성하는 재료로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리실리케이트, 실란 커플링제 등을 들 수 있다. 또한, (C) 수용성 입자는, 외피를 갖는 수용성 입자와 외피를 갖지 않는 수용성 입자로 이루어질 수도 있고, 외피를 갖는 수용성 입자는 그 표면의 전부가 외피로 피복되지 않아도 충분히 상기 효과를 얻을 수 있다.
(D) 가교제
본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마층을 제조하기 위한 조성물에 이용할 수 있는 (D) 가교제로서는, 예를 들면 과산화수소, 유기 가교제, 무기 가교제를 들 수 있다. 유기 가교제로서는 유기 과산화물을 들 수 있고, 그의 구체예로서는, 예를 들면 과산화디쿠밀, 과산화디에틸, 과산화디-t-부틸, 과산화디아세틸, 과산화디아실 등을; 무기 가교제로서는, 예를 들면 황 등을 각각 들 수 있다.
(D) 가교제로서는, 취급성 및 화학 기계 연마 공정에서의 오염성이 없는 것 등의 관점에서 유기 과산화물을 이용하는 것이 바람직하다.
가교제의 첨가량으로서는, (A) 성분 100 질량부에 대하여 바람직하게는 3.0 질량부 이하이고, 보다 바람직하게는 0.01 내지 3.0 질량부이고, 더욱 바람직하게는 0.2 내지 3.0 질량부이고, 특히 바람직하게는 0.3 내지 2.0 질량부이다.
화학 기계 연마 패드용 조성물
본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마층을 제조하기 위한 바람직한 조성물은, 바람직하게는 상기 (A) 성분 및 (B) 성분을 함유하고, 임의적으로 (C) 내지 (J) 성분 중의 1종 이상을 더 함유하는 것이지만, (A) 성분 및 (B) 성분의 이외에 (C) 수용성 입자 또는 (D) 가교제를 함유하는 것이 바람직하고, (A) 내지 (D) 성분을 함유하는 것이 보다 바람직하다.
상기 조성물을 제조시에는, 조성물에 함유되어야 하는 각 성분을 적당한 혼련기에 의해 혼련하는 방법에 의할 수 있다. 혼련기로서는, 공지된 것을 사용할 수 있고, 예를 들면 롤, 니이더, 벤버리 믹서, 압출기(단축, 다축) 등의 혼련기를 들 수 있다.
조성물이 (C) 수용성 입자를 함유하는 것인 경우, 혼련시의 온도에서 (C) 수용성 입자는 고체인 것이 바람직하다. 미리 상술한 바람직한 평균 입경 범위로 분급한 수용성 입자를 이용하여, 수용성 입자가 고체인 조건하에서 혼련함으로써 수용성 입자와 비수용성 부분과의 상용성 정도에 관계없이, 수용성 입자를 상기 바람직한 평균 입경으로 분산시킬 수 있다.
따라서, 사용되는 고분자 매트릭스재의 가공 온도에 의해 (C) 수용성 입자의 종류를 선택하는 것이 바람직하다.
조성물이 (D) 가교제를 함유하는 것인 경우, 조성물에 함유되어야 하는 성분 중, (D) 가교제를 제외한 성분을 혼련한 후의 혼합물에 (D) 가교제를 첨가하여 더욱 혼련하여 화학 기계 연마 패드용 조성물로 하는 것이 바람직하다. 이러한 2 단계의 혼련을 행한 조성물로부터 형성된 성형체는, 그 전체에 있어서 가교도의 균일성이 높아지게 되고, 표면 균일성이 매우 높은 피연마면을 제공하는 화학 기계 연마 패드를 얻을 수 있다.
화학 기계 연마 패드 및 그의 제조 방법
본 발명의 화학 기계 연마 패드는 바람직하게는 상기와 같은 화학 기계 연마 패드용 조성물로부터 형성되는 연마층을 갖는다. 상기 연마층은 상기 조성물을 원하는 패드 개형(槪形)으로 성형함으로써 얻을 수 있다. 개형을 성형하는 방법으로서는, 예를 들면 원하는 개형과 계합(契合)되는 금형을 이용하여 성형하는 방법, 조성물을 시트상으로 성형하고, 이어서 이것을 원하는 형상으로 잘라내는 방법 등을 들 수 있다.
조성물이 (D) 가교제를 함유하는 것인 경우, 상기 개형의 형성시에 조성물에 가열 처리를 실시함으로써 (A) 성분의 가교 반응을 동시에 행할 수 있다. 이 가열 처리를 행하는 온도로서는, 바람직하게는 80 내지 200 ℃, 보다 바람직하게는 100 내지 180 ℃이고, 가열 처리의 시간으로서는, 바람직하게는 3 내지 60 분, 보다 바람직하게는 5 내지 30 분이다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는 연마면 및/또는 피연마면에 임의의 형상의 홈이나 오목부를 구비할 수 있다. 이러한 홈이나 오목부는 조성물을 패드 개형으로 형성한 후에 절삭 가공에 의해서 형성할 수도 있고, 개형을 형성하는 데에 금형에 의한 경우에는, 원하는 홈 또는 오목부와 계합되는 볼록부를 갖는 금형을 이용하는 방법에 의할 수도 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드의 연마층의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면 원반상, 다각형상 등으로 할 수 있고, 본 발명의 화학 기계 연마 패드를 장착하여 사용되는 연마 장치에 따라서 적절하게 선택할 수 있다.
연마층의 크기도 특별히 한정되지 않지만, 원반상 패드로서는, 예를 들면 직경 150 내지 1,200 mm, 특히 500 내지 800 mm, 두께 1.0 내지 5.0 mm, 특히 두께 1.5 내지 3.0 mm로 할 수 있다.
연마층의 쇼어 D 경도는 바람직하게는 35 내지 100이고, 보다 바람직하게는 40 내지 90이다. 이러한 경도로 함으로써, 충분한 연마 속도와 양호한 표면 상태의 피연마면을 제공하는 화학 기계 연마 패드로 할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는 상기와 같이 하여 제조되는 연마층만으로 이루어질 수도 있고, 연마층의 비연마면(이면) 상에 지지층을 구비하는 다층형 패드로 할 수도 있다.
상기 지지층은 화학 기계 연마 패드를 연마면의 이면측에서 지지하는 층이다. 이 지지층의 특성은 특별히 한정되지 않지만, 연마층에 비해 보다 연질인 것이 바람직하다. 보다 연질인 지지층을 구비함으로써, 연마층의 두께가 얇은 경우(예를 들면, 1.0 mm 이하)에도 연마시에 패드가 부상되는 것이나, 연마층의 표면이 만곡되는 것 등을 방지할 수 있어 안정적으로 연마를 행할 수 있다. 이 지지층의 경도는 연마층 경도의 90 ％ 이하인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 50 내지 90 ％이고, 특히 바람직하게는 50 내지 80 ％이고, 이 중 50 내지 70 ％인 것이 바람직하다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는 시판용 연마 장치에 장착하여 공지된 방법에 의해 화학 기계 연마에 사용할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드를 사용하여 화학 기계 연마할 수 있는 재료로서는, 예를 들면 기판 재료, 배선 재료, 비어 플러그 재료, 전극 재료, 절연 재료, 배리어 금속 재료 등을 들 수 있다. 기판 재료로서는, 단결정 실리콘;
배선 재료로서는, 예를 들면 텅스텐, 알루미늄, 구리 등 및 이들 중에서의 1종 이상과 다른 금속으로 이루어지는 합금;
비어 플러그 재료로서는, 상기 배선 재료로서 예시한 것과 동일한 것;
전극 재료로서는, 예를 들면 다결정 실리콘, 비정질 실리콘 등;
절연 재료로서는, SiO2계 절연 재료, 저유전율의 유기계 절연 재료, 수소 함유 다공질 절연 재료(HSQ-SOG) 등;
배리어 금속 재료로서는, 예를 들면 규소, 질화탄탈, 질화티탄 등의 질화물 재료, 탄탈, 티탄, 텅스텐 등의 금속 재료 등을 각각 들 수 있다.
상기 중, SiO2계 절연 재료로서는, 예를 들면 열산화막, P-TEOS, O3-TEOS, HDP-SiO2, BPSG(SiO2에 붕소 및 인 중 어느 하나 또는 둘다를 함유시킨 재료), FSG(불소 첨가 SiO2계 절연성 막) 등을 들 수 있다.
상기 열산화막은 고온으로 한 실리콘을 산화성 분위기에 노출시켜 실리콘과 산소 또는 실리콘과 수분을 화학 반응시킴으로써 형성된 것이다.
상기 P-TEOS는 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)를 원료로 하여 촉진 조건으로서 플라즈마를 이용하여 화학 기상 성장으로 형성된 것이다.
상기 O3-TEOS는 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)를 원료로 하여 오존의 존재하에 화학 기상 성장으로 형성된 것이다.
상기 HDP-SiO2는 테트라에틸오르토실리케이트(TEOS)를 원료로 하여 촉진 조건으로서 고밀도 플라즈마를 이용하여 화학 기상 성장으로 형성된 것이다.
상기 BPSG는 상압 CVD법(AP-CVD법) 또는 감압 CVD법(LP-CVD법)에 의해 형성된 것이다.
또한, 상기 FSG는 촉진 조건으로서 고밀도 플라즈마를 이용하여 화학 기상 성장으로 형성된 것이다
피연마체는 상기 재료 중의 1종 또는 2종 이상으로 구성되는 것인 것이 바람직하다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드를 사용하는 화학 기계 연마에 의해서, 예를 들면 미세 소자 분리(STI), 다마신(damascene) 배선의 형성, 비어 플러그의 형성, 층간 절연막의 형성 등을 위한 평탄화를 행할 수 있다.
상기 미세 소자 분리를 행하기 위한 연마에 있어서는, SiO2계 절연 재료를 연마할 수 있다. 또한, 다마신 배선의 형성으로서는, 연마 초기에서는 배선 재료를, 연마 후기에서는 배선 재료 및 절연체 재료 및 임의적으로 배리어 금속을 각각 연마할 수 있다. 또한, 비어 플러그 형성에서는 비어 플러그 재료의 연마를, 층간 절연막의 형성에서는 SiO2계 절연 재료, 저유전율의 유기계 절연 재료, 수소 함유 다공질 절연 재료 등의 연마를 각각 행할 수 있다.
본 발명의 화학 기계 연마 패드는, 후술하는 실시예로부터 분명한 바와 같이 높은 연마 속도를 나타내며 고도로 평탄한 피연마면이 얻어짐과 동시에 스크래치의 발생이 억제된 것이다. 본 발명의 화학 기계 연마 패드가 이러한 우수한 효과를 발현하는 이유는 아직 분명하지는 않지만, 패드 연마층의 표면 고유 저항값을 소정의 범위로 함으로써 연마층 표면에 적당한 양의 흡착물이 존재하게 되어, 이 흡착물에 의해 연마층에의 이물질의 부착이 방지되고, 스크래치의 발생이 억제됨과 동시에 화학 기계 연마용 수계 분산체와의 친화성이 최적화됨으로써, 수계 분산체가 연마층과 피연마체와의 간극에 균일하게 공급되게 되고, 이에 따라 피연마면의 균일성이 향상된 것으로 추찰된다.
실시예 1
[1] 화학 기계 연마 패드의 제조
(A) 성분으로서 1,2-폴리부타디엔(JSR(주) 제조, 상품명 「JSR RB830」)을 60 질량부, (B) 성분으로서 「펠레스타트 300」(상품명, 산요 가세이 고교(주) 제조, 폴리에테르 블록과 폴리올레핀 블록을 갖는 공중합체, 중량평균 분자량 Mw=5.0 ×104)을 40 질량부 및 (C) 성분으로서 β-시클로덱스트린((주)요꼬하마 고꾸사이 바이오 겡뀨쇼 제조, 상품명 「덱시팔 100」) 16.8 질량부를, 120 ℃로 가열된 압출기에서 150 ℃, 120 rpm으로 혼련하였다. 그 후, 과산화디쿠밀(닛본 유시(주) 제조, 상품명 「퍼쿠밀 D」)을 0.3 질량부 첨가하고, 또한 120 ℃, 60 rpm에서 혼련하여 화학 기계 연마 패드용 조성물을 제조하였다. 이 화학 기계 연마 패드용 조성물을 금형 내에서 170 ℃에서 18 분간 가열하여 성형하고, 직경 60 cm, 두께 2.8 mm의 원반상 성형체를 얻었다. 이어서, 이 성형체의 한면에 절삭 가공기((주)가토 기까이 제조)를 이용하여 홈 폭 0.5 mm, 피치 2 mm, 홈 깊이 1.4 mm의, 연마면의 중심을 중심으로 하는 동심원상의 홈을 형성하여 화학 기계 연마 패드를 제조하였다. 또한, 여기서 제조한 화학 기계 연마 패드에 함유되는 (C) β-시클로덱스트린의 평균 입경은 15 ㎛이고, 패드 전체에서 차지하는 β-시클로덱스트린의 체적율은 10 체적％였다.
또한, (B) 성분의 중량평균 분자량은 이하의 조건에서의 겔 투과 크로마토그래피에 의해 측정하였다.
측정 장치: 도소(주) 제조, GPC HLC-8120형
칼럼 : 도소(주) 제조, TSK gel α-M
전개 용매: 디메틸포름아미드/메탄올 혼합 용매
[2] 표면 고유 저항값 및 체적 고유 저항률의 측정
상기에서 제조한 화학 기계 연마 패드용 조성물을, 금형 온도 170 ℃의 압축 성형기를 이용하여 압력 150 kg/cm2, 성형 시간 18 분의 조건에서 100 mm×100 mm×2 mm의 시험편을 제조하였다. 제조한 시험편은 온도 23 ℃, 습도 50 ％RH의 항온 항습의 상태에서 16 시간 이상 양생한 후, 하이레지스턴스 미터(애질런트ㆍ테크놀로지(주) 제조, 상품명 「애질런트(Agilent)4339B」)에 의해 온도 23 ℃, 습도 50 ％RH의 분위기하에서 인가 전압 750 V의 조건에서 표면 고유 저항값(Rs)을 측정하였다(JIS-K6911에 준거).
또한, (A) 성분인 1,2-폴리부타디엔 및 (B) 성분인 펠레스타트 300에 대해서도 각각 동일하게 하여 시험편을 제조하고, 상기 수법에 의해 체적 고유 저항값(Rv)을 측정하여 다음 식에 의해 체적 고유 저항률을 구하였다.
ρv=(πd2/4t)×Rv
(여기서, ρv는 체적 고유 저항률(Ωㆍcm), π는 원주율, d는 주전극의 내경(cm), t는 시험편의 두께(cm), Rv는 체적 고유 저항값(Ω)을 나타낸다.)
이들 결과는 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다.
[3] 화학 기계 연마 성능의 평가
상기 [1]에서 제조한 화학 기계 연마 패드를 화학 기계 연마 장치(형식 「EPO112」, (주)에바라 세이사꾸쇼 제조)에 장착하고, 8 인치 구리막 부착 웨이퍼를 피가공막으로 하여 이하의 조건에서 연마하였다. 또한, 슬러리로서는 iCue5003(캐봇ㆍ마이크로일렉트로닉스사 제조)를 사용하였다.
슬러리 공급 속도: 200 mL/분
헤드 압박압: 250 hPa
정반 회전수: 70 rpm
헤드 회전수: 70 rpm
연마 시간: 60 초
(1) 연마 속도의 평가
연마 속도는 전기 전도식 막 두께 측정기(KLA-TENCOR사 제조, 형식 「옴니맵 RS75」)를 이용하여 이하의 절차로 측정하였다.
피가공막인 8 인치 구리막 부착 웨이퍼에 대하여 외주 5 mm를 제외하고 직경 방향으로 균등하게 21점의 특정점을 설정하고, 이들 특정점에 대하여 연마 전후의 구리막의 두께차와 연마 시간부터 각 점에서의 연마 속도를 산출하여 그의 평균값으로써 연마 속도로 하였다.
(2) 연마량의 면내 균일성의 평가
상기 21점의 특정점에서의 연마 전후의 두께차(이 값을 「연마량」이라 함)에 대하여 하기 계산식에 의해 연마량의 면내 균일성을 산출하였다.
연마량의 면내 균일성(％)=(연마량의 표준 편차÷연마량의 평균값)×100
이 결과를 표 2에 나타냈다. 이 값이 5 ％ 이하일 때, 연마량의 면내 균일성은 양호하다고 할 수 있다.
(3) 스크래치수의 평가
화학 기계 연마 후의 구리막에 대하여 결함 검사 장치(KLA-TENCOR사 제조, 「KLA2351」)를 이용하여 결함 검사를 행하였다. 우선, 픽셀 크기 0.62 ㎛, 임계 값(threshold) 30의 조건에서 웨이퍼 표면의 전체 범위에 대하여, 결함 검사 장치가 결함으로서 카운팅한 수를 계측하였다. 이어서, 이들 결함을 랜덤하게 100개 추출하여 장치의 디스플레이 상에 표시하여 관찰하고, 결함이 스크래치인가, 부착된 이물질(화학 기계 연마용 수계 분산체 내에 포함되는 지립 등)인가를 확인하고, 결함 총수 중에서 차지하는 장경 0.20 ㎛ 이상의 스크래치 비율을 산출하고, 이로부터 웨이퍼 전체 면당 스크래치수를 산출하였다. 결과는 표 2에 나타내었다.
실시예 2 내지 9, 비교예 1 내지 6
실시예 1에 있어서 (A) 성분, (B) 성분 및 (C) 성분의 종류 및 양을 표 1과 동일하게 변경한 것 이외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 화학 기계 연마 패드를 제조하여 평가하였다. 결과는 표 1 및 표 2에 나타내었다.
비교예 7
화학 기계 연마 패드로서 다공질 폴리우레탄제 연마 패드(닛타ㆍ하스(주) 제조, 상품명 「IC1000」)를 이용한 것 외에는, 실시예 1과 동일하게 하여 평가하였다. 결과는 표 2에 나타내었다.
또한, 비교예 7에서의 표면 고유 저항값의 평가는 IC1000을 100 mm×100 mm×2 mm의 크기로 잘라내고, 이것을 시험편으로서 이용하여 행하였다.
Figure 112008055697318-PCT00001
표 1 중, (A) 성분, (B) 성분 및 (C) 성분의 종류란에 적은 약칭은 각각 하기의 것을 의미한다.
(A1): JSR(주) 제조, 상품명 「JSR RB830」(1,2-폴리부타디엔)
(A2): 도요 보세끼(주) 제조, 상품명 「E1080A」(폴리우레탄 엘라스토머)
(B1): 산요 가세이 고교(주) 제조, 상품명 「펠레스타트 300」(폴리에테르 블록과 폴리올레핀 블록을 갖는 공중합체, Mw=5.0×104)
(B2): 다이소(주) 제조, 상품명 「DM-E70」(염소 함유 폴리에테르)
(B3): JSR(주) 제조, 상품명 「JSR AR」(아크릴 고무)
(B4): 도레이ㆍ파인 케미칼(주) 제조, 상품명 「A-70」(변성 폴리아미드 수지, Mw=3.3×104)
(B5): 카오(주) 제조, 상품명 「엘레스토마스터 SB-10」(Mw=2.0×1O5)
(B6): 메이세이 가세이 고교(주) 제조, 상품명 「알콕스 E-240」(폴리에틸렌옥시드, Mw=4.5×106)
(b1): 덴끼 가가꾸 고교(주) 제조, 상품명 「덴까에미콘 P-510-1-1」
(b2): 도레이(주) 제조, 상품명 「아밀라스 S731」(폴리아세탈 수지)
(b3): 산요 가세이 고교(주) 제조, 상품명 「PEG-200」(폴리에틸렌글리콜, Mw=2.0×102. 또한, 성분(b3)은 액체이기 때문에 표면 고유 저항률은 정의할 수 없다.)
(C1): (주) 요꼬하마 고꾸사이 바이오 겡뀨쇼 제조, 상품명 「덱시팔 β-100」(β-시클로덱스트린)
표 중의 「-」는 해당 란에 상당하는 성분을 사용하지 않은 것을 의미한다.
(B1), (B4), (B5) 및 (b3) 성분의 중량평균 분자량 Mw의 측정은 실시예 1에서의 것과 동일하게 하여 행하였다.
Figure 112008055697318-PCT00002
상기 실시예, 비교예에서의 평가 결과로부터 분명한 바와 같이, 연마층의 표면 고유 저항값이 1.0×107 내지 9.9×1013 Ω인 본 발명의 화학 기계 연마 패드를 사용함으로써, 높은 연마 속도로 평탄한 피연마면이 얻어짐과 동시에 스크래치의 발생을 억제할 수 있다.
한편, 상기 요건에 해당하지 않는 경우(비교예 1 내지 7)에는 연마량의 면내 균일성 및 스크래치 억제 중 어느 것 또는 둘다의 레벨이 불충분한 것을 알 수 있었다.

Claims (6)

  1. 연마층의 표면 고유 저항값이 1.0×107 내지 9.9×1013 Ω인 것을 특징으로 하는 화학 기계 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 연마층이, (A) 체적 고유 저항률이 1.0×1013 내지 9.9×1017 Ωㆍcm인 고분자 매트릭스 성분 및 (B) 체적 고유 저항률이 1.0×106 내지 9.9×1012 Ωㆍcm인 성분을 함유하는 조성물로부터 형성된 것임을 특징으로 하는 화학 기계 연마 패드.
  3. 제2항에 있어서, (A) 고분자 매트릭스 성분이 공액 디엔의 단독 중합체, 2 종 이상의 공액 디엔의 공중합체 또는 공액 디엔과 불포화 카르복실산에스테르 또는 시안화비닐 화합물과의 공중합체이고, (B) 성분이 주쇄에 에테르 결합을 포함하는 중합체, 아크릴 고무 또는 변성 폴리아미드 수지인 화학 기계 연마 패드.
  4. 제3항에 있어서, (A) 고분자 매트릭스 성분이 1,2-폴리부타디엔이고, (B) 성분이 폴리에테르 블록과 폴리올레핀 블록을 갖는 공중합체, 염소 함유 폴리에테르, 아크릴 고무 또는 변성 폴리아미드 수지인 화학 기계 연마 패드.
  5. 제2항에 있어서, 조성물 중의 (B) 성분의 함유량이, (A) 고분자 매트릭스 성분과 (B) 성분의 합계에 대하여 0.5 내지 40 중량％인 화학 기계 연마 패드.
  6. 제2항에 있어서, 조성물이 (C) 수용성 입자 및 (D) 가교제를 더 함유하는 화학 기계 연마 패드.
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