KR20090020725A - 연마패드 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 실리콘 웨이퍼, 디스플레이용 판상유리 등의 CMP 공정에 사용되는 연마패드 및 그의 제조방법에 관한 것으로서, 섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포와 상기 부직포에 함침된 고분자 탄성체로 구성되고, 표면에는 상기 극세섬유가 연마패드의 길이방향에 대해 0~30°의 배향각도(θ)로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 표면에 배열된 극세섬유들의 배향각도(θ)가 작아 표면이 균일하고 극세섬유들 사이에 공극(Pore)들이 형성되어 별도로 공극을 형성하는 공정을 거치지 않아도 연마성능이 우수하고 연마시 스크래치 발생율이 낮다.

연마, 패드, CMP, 웨이퍼, 공극, 해도형, 극세섬유

Description

연마패드 및 그의 제조방법{Polishing pad and method of manufacturing the same}

도 1은 본 발명의 연마패드 제조에 사용되는 해도형 복합섬유의 단면도.

도 2는 본 발명에 따른 연마패드의 표면의 모식도.

도 3은 종래 연마패드의 단면 모식도.

* 도면 중 주요부분에 대한 부호설명

S : 해성분 I : 도성분

F : 연마패드 표면에 배열된 극세섬유

X : 연마패드의 길이방향 축 Y : 극세섬유의 길이방향 축

θ: 극세섬유의 배향각도

A : 고분자 탄성체가 함침된 부직포

B : 고분자 탄성체 층

본 발명은 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing : 이하 "CMP"라고 약칭한다), 특히 집적회로 칩이나 이와 유사한 물건의 제조에 사용되는 실리콘 웨이퍼 또는 디스플레이용 판상유리 또는 다른 기판을 평탄화하는 CMP 방법에 유용한 연마패드 및 그의 제조방법에 관한 것이다.

실리콘 웨이퍼 등을 CMP 연마 장치에 의해 매끄럽게 처리되며, CMP 연마장치는 연마패드가 장착되는 원형 회전판을 갖는 하부 보드, 실리콘 웨이퍼를 연마패드에 밀착시키는 상부보드 및 슬러리를 연마패드로 공급하는 장치를 포함한다.

화학-기계적 연마인 CMP 작업은 표면에 집적회로가 제작될 반도체 웨이퍼를 구동하는 연마패드와 반대 방향으로 밀어 보내서 퇴적된 Si계열을 포함한 산화물을 제거하고, 웨이퍼상에 매우 평활하고 평탄한 면을 생성하는 작업으로서, CMP 작업 동안에 탈이온수 및/또는 화학적으로 활성인 시약을 연마액과 함께 웨이퍼와 연마패드의 계면에 도포한다.

종래 CMP 방법에 사용되는 연마패드로써 일본공개특허 제2005-329491호에서는 도 3에 도시된 바와 같이 약 1~5 데니어의 나일론 단섬유로 구성된 부직포내 고분자 탄성체인 폴리우레탄 수지가 함침된 패드(A) 상에 상기 고분자 탄성체의 코팅층(B)이 형성되어 있는 구조의 연마패드를 게재하고 있다.

그러나, 상기의 종래 연마패드는 부직포 내에 폴리우레탄 수지를 함침하여 상기 패드(A)를 제조한 다음, 그 위에 다시 폴리우레탄 수지를 코팅하여 코팅층을 형성하여 제조되기 때문에 제조공정이 매우 복잡하며, 상기 고분자 탄성체 코팅층(B) 내에 형성되는 공극(Pore)의 크기(Size)를 균일하게 조절하기 어려운 문제점이 있었다.

또한, 상기의 종래 연마패드는 공극이 형성된 고분자 탄성체 코팅층(B)이 모두 마모되면 그 밑에 위치하는 패드(A)가 전혀 마모되지 않아도 사용이 불가능하기 때문에 사용 수명이 짧고 자재의 낭비도 심한 문제가 있었다.

또 다른 종래의 연마패드로서, 일본공개특허 평9-59395호에서는 약1~5데니어의 합성 단섬유로 구성된 부직포에 폴리우레탄 수지가 함침된 연마패드를 제안하고 있다. 그러나 상기 종래의 연마패드는 부직포를 구성하는 합성 단섬유의 단사섬도가 굵어서 모듈러스 값이 높기 때문에 연마패드의 표면에 배열된 합성 단섬유들이 연마패드의 길이방향과 이루는 각도, 즉 배향각도(θ)가 30~50°로 크다.

그로인해, 종래의 연마패드는 표면이 불균일하게 되고, 표면에 배열된 단섬유가 굵어서 이들 사이에 형성되는 공극들이 부족하여 연마성능이 저하되는 문제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결할 수 있도록, 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르인 해성분(S)과 상기 해성분(S) 내에 분산되어 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 10~1000개의 도성분(I) 들로 이루어진 해도형 복합섬유로 부직 포를 제조하여 표면에 극세섬유들이 낮은 배향각도(θ)로 균일하게 배열되어 있는 연마패드를 제공하고자 한다.

이하, 첨부된 도면 등을 통하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

먼저, 본 발명에 따른 연마패드는 섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포와 상기 부직포에 함침된 고분자 탄성체로 구성되고, 표면에는 상기 극세섬유가 연마패드의 길이방향에 대해 0~30°의 배향각도(θ)로 배열되어 있는 것을 특징으로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 연마패드 표면의 모식도로서 상기 배향각도(θ) 의미를 도시하고 있다.

상기 배향각도(θ)는 연마패드의 표면에 배열된 극세섬유의 길이방향 축(Y)과 연마패드의 길이방향 축(X)이 이루는 각도(θ)를 의미한다.

상기 배향각도(θ)가 작을수록 표면에 섬유들이 균일하게 배열된다.

상기 고분자 탄성체로는 폴리우레탄 수지, 폴리우레아 수지 등이 사용될 수 있으나 가공성 등의 관점에서 폴리우레탄 수지가 가장 바람직하다.

상기 극세섬유는 폴리아미드 섬유 또는 폴리에스테르 섬유 등이나, 연마액과의 친화성을 고려하면 폴리아미드 섬유인 것이 바람직하다.

상기 극세섬유의 단사섬도는 0.001~0.3데니어 이다.

단사섬도가 0.001데니어 미만인 경우에는 극세섬유 강도와 연마포의 강도가 저하되며, 0.3데니어를 초과하는 경우에는 연마패드 표면에 섬유들이 너무 큰 배향각도(θ)로 배열되어 표면이 불균일하게 되고 공극도 잘 형성안 되어 연마균일성이 저하된다.

또한, 본 발명의 연마패드 표면에는 상기 극세섬유들 중 일부가 입모(立毛)되어 있다.

다음으로는, 본 발명에 따른 상기 연마패드를 제조하는 방법을 구체적으로 살펴본다.

먼저, 본 발명에서는 도 1에 도시된 바와 같이 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르인 해성분(S)과 상기 해성분(S) 내에 분산되어 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 10~1000개의 도성분(I) 들로 이루어진 해도형 복합섬유로 부직포를 제조한다.

다음으로는, 상기 부직포에 고분자 탄성체를 함침한 후 이를 알칼리 수용액으로 처리하여 상기 해성분(S)을 용출한 다음 이를 버핑하여 표면에 극세섬유를 입모시켜 연마패드를 제조한다.

도 1은 본 발명에 따른 연마패드를 제조하는데 사용되는 해도형 복합섬유의 단면도이다.

한편, 본 발명에서는 상기와 같이 제조된 부직포를 알칼리 수용액으로 먼저 처리하여 해성분(S)을 용출한 다음, 여기에 고분자 탄성체를 함침하여 연마패드를 제조할 수도 있다.

상기 해성분인 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르는 폴리에틸렌테레프탈 레이트를 주성분으로 하고, 부가성분으로 분자량 400~20000, 가장 좋기로는 1000~4000의 폴리에틸렌글리콜, 폴리프로필렌글리콜, 1,4-사이클로헥산디카르복실산, 1,4-사이클로헥산디메탄올, 1,4-사이클로헥산디카르복실레이트, 2,2-디메틸-1,3-프로판디올, 2,2-디메틸-1,4-부탄디올, 2,2,4-트리메틸1,3-프로판디올, 아디프산 중 선택된 하나 또는 둘 이상을 25중량%이하 공중합시킨 공중합폴리에스테르 등 이다.

상기 고분자 탄성체로는 폴리우레탄수지, 폴리우레아수지, 폴리아크릴산수지 등을 사용할 수 있지만, 가공정, 내마모성, 내가수분해성 등의 점에서 폴리우레탄수지가 바람직하다.

고분자 탄성체/극세섬유로 구성된 섬유기재의 중량비율이 30/70~90/10이 바람직하다.

고분자 탄성체의 중량 비율이 30중량% 미만인 경우에는 연마패드의 경도가 너무 낮아지고 90중량%를 초과하는 경우에는 연마패드의 경도가 너무 높아질 수 있다.

고분자 탄성체를 충전처리하는 방법은 부직포에 고분자 탄성체의 유기용제 용액 또는 수성 분산액을 함침 및/또는 도포한 후 습식응고, 또는 건식응고법에 의해 부착시킬 수 있지만, 고분자 탄성체는 부직포 중의 섬유다발간의 공극을 실질적으로 충전하는 형태로 균일하게 부착시키는 것이 필요하며, 또 고분자 탄성체를 다공질형상으로 응고시키는 것이 슬러리 응집이나 연마 찌꺼기 등에 의한 스크래치 등의 결점을 발생시키지 않고 연마하는 데에 바람직하고, 이를 위해 1차 습식응고 법에 의하여 고분자 탄성체를 충진한 후 2차 건식응고법으로 고분자탄성체의 밀도를 증대시키는 방법이 가장 적합하다.

고분자 탄성체의 유기용제로서는 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸술폭시드 등의 극성용매 외 톨루엔, 아세톤, 메틸에틸케톤 등을 사용할 수 있다.

본 발명의 연마패드는 연마면의 표면이 입모처리 되어있다.

연마면의 표면의 입모는 그 자체 알려진 방법으로 실시할 수 있다.

표면이 입모된 연마패드를 얻기 위해서는, 예컨대 부직포에 고분자 탄성체를 충전하여 얻어진 패드(A)를 기모처리 하면 된다. 그 때 상기 패드(A)를 유기실리콘 화합물로 처리하여 섬유의 기모효과를 높이는 것이 바람직하다. 이 유기 실리콘 화합물은 통상 섬유기포의 입모처리에 있어서 섬유의 활성을 좋게 하기 위해 일반적으로 사용되는 것이면 된다.

본 발명에서는 통상의 부직포 상에 폴리우레탄 수지를 함침시킨 패드(A) 상에 별도의 공극을 갖는 폴리우레탄 코팅층(B)을 형성시키는 대신에, 상기 부직포를 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유로 제조한 후 여기에 고경도의 고분자 탄성체를 함침시킨 후 이를 기모하여 연마패드를 제조한다.

그로인해 별도의 폴리우레탄 코팅층(B)을 형성하는 공정을 생략할 수 있어서 제조공정이 간소화되고, 연마패드의 표면에 극세섬유들이 30°이하의 배향각도(θ)로 배열되어 표면이 균일하게 하고, 미세한 공극들을 균일하게 조절하는 것이 용이하게 된다.

본원발명에서는 연마패드의 표면에 배열된 극세섬유의 배향각도(θ)를 측정하는 방법은 다음과 같다.

연마패드의 길이방향 측단면을 주사형전자현미경사진을 촬영한 후 이 사진을 원본 이미지로하여 국내의 IMT Technology사의 이미지 분석프로그램인 i-Soution 소프트웨어를 사용하여 길이방향에 대하여 입모된 10개 이상의 섬유의 각도를 측정하여 그 평균값을 극세섬유의 배향각도(θ)로 둔다.

또한 본 발명에서는 연마처리된 실리콘 웨이퍼의 표면 조도와 스크래치 발생율을 아래와 같이 평가하였다.

실리콘 웨이퍼의 표면평균 조도

공초점 레이져 스캐닝 마이크로스코프(Confocal laser scanning microscope: 이하"LSM"이라고 한다)의 설비 일종인 칼 제이스(Carl zeiss) 회사의 제품 LSM 5 PASCAL과 LSM용 토포그라피(Topography)인 소프트웨어 패키지를 이용하여 측정한다.

구체적으로, 폴리싱 가공된 실리콘 웨이퍼의 표면면적 범위 (가로 100㎛×세로 1000㎛)를 레이져로 주사(Scanning)하면서 표면에 형성된 요철을 3차원 프로파일로 표현하여 폴리싱 가공된 실리콘 웨이퍼의 표면평균 조도를 구한다.

보다 구체적으로는 JIS B 0601 에 근거하여 10곳의 측정값의 산술평균치를 적용하여 표면평균조도(Sa)를 구한다.

스크래치 발생율 (%)

실리콘 웨이퍼 100 평방인치면적을 연마패드로 연마시 스크래치 결점이 발생되는 스크래치 건수를 파악하여 이를 다음식에 대입하여 계산한다.

스크래치발생율(%) = (스크래치 건수/100평방인치) x 100

단, 스크래치 건수가 100을 초과하는 경우는 100으로 둔다.

여기서 스크래치 판독은 숙련된 전문가의 육안판정에 의하여 판정을 하게 되며 육안으로 스크래치인지 아닌지 판독이 어려운 희미한 결점의 경우는 암시야조명과 이미지분석 소프트웨어가 설치된 광학계 현미경의 부가적인 측정에 의존할 수 있다.

또한 스크래치는 길이방향과 폭방향의 길이의 비가 10 대 1 이상이 되는 흠을 스크래치로 판단한다.

이하, 실시예 및 비교실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 살펴본다.

그러나, 본 발명은 하기 실시예에 의해 그의 권리범위가 특별하게 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

도 1에 도시된 바와 같이 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르의 해성분(S)과 상기 해성분(S) 내에 분산 배열된 폴리에스테르 수지의 도성분(L) 300개로 구성된 해도형 복합섬유(도성분의 단사섬도 : 0.05데니어)를 50㎜의 길이도 절단하여, 단섬유화 하고 카딩 및 크로스 래퍼 공정을 거쳐 상기 해도형 복합 단섬유의 적층 웹을 제조한 후, 이를 니들펀칭하여 해도형 복합섬유의 부직포를 제조하였다.

다음으로는 제조된 상기 부직포에 폴리우레탄 수지를 부직포 중량대비 40중량%를 함침한 후 습식응고하고, 이를 알칼리 수용액(가성소오다 수용액으로 처리하여 해도형 복합섬유 내 해성분(S)을 용출하고, 이를 기모기로 기모처리 하여 표면에 극세섬유 입모를 형성하여 연마패드를 제조하였다

제조된 연마패드의 표면에 배열된 극세섬유의 배향각도(θ)는 20°였다.

제조된 상기의 연마패드를 사용하여 실리콘 웨이퍼 100 평방인치를 아래와 같은 조건으로 연마하였다.

연마조건

- 폴리싱 기계 : GNP Technology사의 Poli-500 Polisher

- 연마시간 : 10분

- 하방력 : 웨이퍼 표면에서 250g/㎠(3.5psi)

- 연마정반 속도 : 120rpm

- 웨이퍼 캐리어 속도 : 120rpm

- 슬러리 유동량 : 700㎖/분

- 슬러리 타입 : 날코(Nalco)2371, DIW와 슬러리를 15:1로 희석시킨 실리카계 슬러리

상기와 같이 연마(폴리싱) 처리된 실리콘 웨이퍼의 표면 평균조도와 스크래치 발생율을 측정한 결과는 표 1과 같다.

실시예 2

실시예 1에서 제조된 부직포를 알칼리 수용액으로 먼저 처리하여 해도형 복합섬유내 해성분(S)을 용출한 다음, 여기에 폴리우레탄 수지를 부직포 중량대비 40중량% 함침하고 습식 응고한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 공정 및 방법으로 연마패드를 제조하였고, 이를 사용하여 실시예 1과 동일한 연마공정으로 실리콘 웨이퍼 100 평방인치를 연마하였다.

제조된 연마패드의 표면에 배열된 극세섬유의 배향각도(θ)는 23°였다.

상기와 같이 연마 처리된 실리콘 웨이퍼의 표면 평균조도와 스크래치 발생율을 측정한 결과는 표 1과 같다.

비교실시예 1

실시예 1에서 사용한 해도형 복합섬유 대신에 단사섬도가 3데니어인 폴리아미드 단섬유를 카딩 및 크로스 래퍼 공정을 거쳐 이들의 적층웹을 제조한 후 이를 니들펀칭하여 부직포를 제조하였다.

다음으로는 제조된 상기 부직포에 폴리우레탄 수지를 부직포 중량대비 40중량% 함침한 후 습식응고하고 이를 버핑하여 연마패드를 제조하였다.

제조된 연마패드의 표면에 배열된 섬유의 배향각도(θ)는 45°였다.

다음으로는 상기 패드(A) 상에 폴리우레탄 수지를 코팅하여 코팅층(B)을 형성하여 도 3과 같은 단면을 갖는 연마패드를 제조하였다.

제조된 연마패드를 사용하여 실시예 1과 동일한 연마조건으로 실리콘 웨이퍼 100 평방인치를 연마하였다.

상기와 같이 연마(폴리싱) 처리된 실리콘 웨이퍼의 표면평균 조도와 스크래치 발생율을 측정한 결과는 표 1과 같다.

연마 처리된 웨이퍼 물성 측정결과

구분	실시예 1	실시예 2	비교실시예 1
연마처리된 웨이퍼의 표면 평균조도(Å)	14.40	14.54	13.98
스크래치 발생율(%)	0.11	0.12	0.18

실시예 1 및 실시예 2는 표면에 극세섬유가 비교실시예 1보다 작은 배향각도(θ)로 배열되어 스크래치 발생율과 연마성능(연마처리된 웨이퍼의 표면 평균조도) 비교실시예 1보다 양호하였다.

본 발명은 종래의 연마패드의 비해서 표면에 배열된 극세섬유들의 배향각도(θ)가 작아 표면이 균일하고 극세섬유들 사이에 공극(Pore)들이 형성되어 별도로 공극을 형성하는 공정을 거치지 않아도 연마성능이 우수하고 연마시 스크래치 발생율이 낮다.

Claims (5)

1. 섬도가 0.001~0.3데니어인 극세섬유들이 서로 교락된 부직포와 상기 부직포에 함침된 고분자 탄성체로 구성되고, 표면에는 상기 극세섬유가 연마패드의 길이방향에 대해 0~30°의 배향각도(θ)로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 연마패드.
2. 제1항에 있어서, 고분자 탄성체는 폴리우레탄 수지 및 폴리우레아 수지 중에서 선택된 1종인 것을 특징으로 하는 연마패드.
3. 제1항에 있어서, 극세섬유가 폴리아미드 수지로 구성됨을 특징으로 하는 연마패드.
4. 알칼리 이용해성 공중합 폴리에스테르인 해성분(S)과 상기 해성분(S) 내에 분산되어 단사섬도가 0.001~0.3데니어인 10~1000개의 도성분(I) 들로 이루어진 해도형 복합섬유로 부직포를 제조한 다음, 상기 부직포에 고분자 탄성체를 함침한 후 이를 알칼리 수용액으로 처리하여 상기 해성분(S)을 용출한 다음, 이를 버핑하여 표면에 극세섬유의 입모를 형성시키는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.
5. 제4항에 있어서, 제조된 부직포를 알칼리 수용액으로 먼저 처리하여 해성분(S)을 용출한 다음, 여기에 고분자 탄성체를 함침하는 것을 특징으로 하는 연마패드의 제조방법.

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