KR20230041249A - 연마패드의 리프레쉬 방법, 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 및 반도체 소자의 제조 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 연마패드의 리프레쉬 방법에 관한 것으로, 연마 공정에 사용된 연마패드의 사용 수명을 증대하여, 폐기되는 연마패드의 양을 감소시키고, 연마패드의 교체에 소요되는 시간을 단축시켜, 연마 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 반도체 소자의 제조 방법은 상기 연마패드의 리프레쉬 방법을 적용한 제조 공정으로, 사용 기한이 종료된 연마패드를 새 연마패드와 동등한 수준에서 연마 성능을 구현하여, 재사용할 수 있도록 하며, 연마패드의 교체 횟수를 감소시켜 공정의 효율을 높일 수 있다.
또한, 상기 반도체 소자의 제조 방법은 상기 연마패드의 리프레쉬 방법을 적용한 제조 공정으로, 사용 기한이 종료된 연마패드를 새 연마패드와 동등한 수준에서 연마 성능을 구현하여, 재사용할 수 있도록 하며, 연마패드의 교체 횟수를 감소시켜 공정의 효율을 높일 수 있다.
Description
본 발명은 연마패드의 리프레쉬 방법에 관한 것이며, 상기 연마패드의 리프레쉬 방법을 이용한 반도체 소자의 제조 방법 및 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것이다.
화학 기계적 평탄화(Chemical Mechanical Planarization, CMP) 또는 화학 기계적 연마(Chemical Mechanical Polishing, CMP) 공정은 다양한 기술 분야에서 다양한 목적에 의해 수행될 수 있다. CMP 공정은 연마 대상의 소정의 연마면을 대상으로 수행되며, 연마면의 평탄화, 응집된 물질의 제거, 결정 격자 손상의 해소, 스크래치 및 오염원의 제거 등의 목적으로 수행될 수 있다.
반도체 공정의 CMP 공정 기술의 분류는 연마 대상 막질 또는 연마 후 표면 형상에 따라 구분할 수 있다. 예를 들어, 연마 대상 막질에 따라 단일 실리콘(single silicon) 또는 폴리 실리콘(poly silicon)으로 나눌 수 있고, 불순물의 종류에 의해 구분되는 다양한 산화막 또는 텅스텐(W), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 루테늄(Ru), 탄탈륨(Ta) 등의 금속막 CMP 공정으로 분류할 수 있다. 그리고, 연마 후 표면 형상에 따라, 기판 표면의 거칠기를 완화시키는 공정, 다층 회로 배선으로 인해 발생되는 단차를 평탄화하는 공정, 연마 후 회로 배선을 선택적으로 형성하기 위한 소자 분리 공정으로 분류할 수 있다.
CMP 공정은 반도체 소자의 제조 과정에서 복수로 적용될 수 있다. 반도체 소자의 경우 복수의 층을 포함하고, 각 층마다 복잡하고 미세한 회로 패턴을 포함할 수 있다. 또한, 최근 반도체 소자는 개별적인 칩 크기는 줄어들고, 각 층의 패턴은 보다 복잡하고 미세해지는 방향으로 진화되고 있다. 이에 따라, 반도체 소자를 제조하는 과정에서 회로 배선의 평탄화 목적뿐만 아니라 회로 배선의 분리 및 배선 표면 개선의 응용 등으로 CMP 공정의 목적이 확대되었고, 그 결과 보다 정교하고 신뢰성 있는 CMP 성능이 요구되고 있다.
이러한 CMP 공정에 사용되는 연마패드는 마찰을 통해 연마면을 요구되는 수준으로 가공하는 공정용 부품으로서, 연마 후 연마 대상의 두께 균일도, 연마면의 평탄도 및 연마 품질 등에 있어서 가장 중요한 요소들 중 하나로 볼 수 있다.
상기 CMP 공정에 사용되는 연마패드는 연마 대상의 소정의 연마면을 대상으로, 연마면의 평탄화, 응집된 물질의 제거, 결정 격자 손상의 해소, 스크래치 및 오염원의 제거 등의 목적으로 연마 공정이 수행되며, 연마 공저의 반복 진행에 의해, 연마패드의 연마 성능이 저하되면, 연마패드를 교체하고, 사용이 완료된 연마패드는 폐기될 수 있다.
사용이 완료된 연마패드는 재사용이 불가하고, 폐기로 인해 환경 오염 문제를 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해, 기존 사용 수명보다 길게 연마 공정에 사용할 수 있는 연마패드의 처리 방법이 필요하다.
본 발명의 목적은 연마 공정에 사용한 연마패드의 사용 수명을 증가시켜, 연마패드의 폐기량을 감소시킬 수 있는 연마패드의 리프레쉬 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 연마패드의 리프레쉬 방법을 이용하여 연마패드의 사용 수명을 증대하고, 연마 공정 상 연마패드의 교체 주기를 연장하여, 반도체 소자의 제조 공정에서의 효율을 크게 향상시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적은 연마 공정에 사용한 연마패드의 사용 수명을 증가시킬 수 있는 반도체 소자의 제조 장치를 제공하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 연마패드에 수증기를 공급하는 단계를 포함하며, 상기 연마패드는 연마면을 구비한 연마층을 포함하며, 상기 연마층이 복수의 기공을 포함하고, 상기 연마면이 상기 복수의 기공으로부터 유래된 미세 오목부를 포함하는 연마패드의 리프레쉬 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 연마면을 포함하는 연마패드를 정반에 장착하는 단계; 상기 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마 대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계 및 상기 연마패드의 상기 연마면에 수증기를 공급하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 연마패드가 장착되는 정반; 반도체 기판이 장착되는 캐리어; 및 수증기 분사부를 포함하며, 상기 수증기 분사부가 정반에 장착된 연마패드에 수증기를 공급하는 반도체 소자의 제조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 연마 공정에 사용된 연마패드의 사용 수명을 증가시켜, 연마패드의 폐기량을 감소시킬 수 있는 연마패드의 리프레쉬 방법에 관한 것이다.
또한, 상기 연마패드의 리프레쉬 방법을 이용하여 연마패드의 사용 수명을 증가시키고, 이로 인해 연마 공정 상에서 연마패드의 교체 횟수를 감소시켜, 반도체 소자의 제조 공정 효율을 크게 향상시킬 수 있다.
도 1은 연마 공정에 대한 순서도이다.
도 2는 연마패드의 리프레쉬 방법을 포함하는 연마 공정에 대한 순서도이다.
도 3은 3차원 표면 거칠기 파라미터에 대한 개념도이다.
도 4는 표면 거칠기 파라미터인 Svk 및 Spk에 대한 개념도이다.
도 5는 연마 공정에 의해 연마패드의 연마면에 형상된 미세 오목부의 형상 변화에 대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치에 대한 관념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치에 대한 관념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드 표면의 3D 이미지이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드 표면의 3D 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
도 2는 연마패드의 리프레쉬 방법을 포함하는 연마 공정에 대한 순서도이다.
도 3은 3차원 표면 거칠기 파라미터에 대한 개념도이다.
도 4는 표면 거칠기 파라미터인 Svk 및 Spk에 대한 개념도이다.
도 5는 연마 공정에 의해 연마패드의 연마면에 형상된 미세 오목부의 형상 변화에 대한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치에 대한 관념도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마 장치에 대한 관념도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드 표면의 3D 이미지이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마패드 표면의 3D 이미지이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 연마면에 대한 SEM 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 후술하는 구현예 또는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 구현예 또는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 하기 명시된 구현예 또는 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 알려주기 위해 제공되는 것일 뿐이고, 본 발명의 권리 범위는 청구범위의 범주에 의해 정의된다.
도면에서, 필요에 따라, 층 또는 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성의 두께를 확대하여 나타내었다. 또한, 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
본 명세서에서 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석된다. 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 의미하는 것으로 해석된다. 또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 또는 "하부에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함하는 것으로 해석된다. 어떤 부분이 다른 부분 "바로 아래에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것으로 해석한다.
본 명세서에서 수치 범위를 나타냄에 있어서 '~ 이상’의 의미는 그 해당 숫자 혹은 그보다 많은 경우를 포함하는 것으로 해석된다. 예를 들어, '2 이상’은 둘 또는 그보다 많은 경우를 의미한다. 또한, 수치 범위에 대한 ‘X 내지 Y’의 기재는 X 또는 Y를 포함하는 범위로 해석된다. 예를 들어, ‘25 내지 50’은 25 및 50을 포함하는 수치 범위를 의미한다.
본 명세서에서 '제1' 또는 '제2' 등으로 수식되는 구성은 이를 포함하는 상위 구성이 서로 상이하기 때문에 이를 구분하기 위하여 수식하여 기재한 것일 뿐, 이러한 기재 자체로 상호 다른 성분 또는 다른 조성을 포함하는 것으로 해석되지 않는다.
본 명세서에서 '상기 연마패드에 수증기를 공급하기 직전 상태'는 연마패드에 수증기가 공급되는 시점에서 1 분 내지 10분 이전의 상태 및 상기 연마패드의 연마면에서 표면 조도(Sa)가 3㎛ 내지 4.5㎛ 이내인 상태 중 어느 하나에 해당되는 경우 또는 둘 다 해당되는 경우를 의미한다.
본 명세서에서 '상기 연마패드에 수증기를 공급한 직후 상태'는 수증기 공급이 중단된 후 1분 내지 10분을 의미한다.
본 명세서에서 '목표 연마율에 미달한 연마패드"의 의미는 하소 세리아 슬러리가 200mL/분의 속도로 공급되고, 3.5psi의 하중으로 연마 대상인 반도체 기판을 가압하고, 연마패드의 회전속도가 93rpm이고, 반도체 기판의 회전 속도가 87rpm으로 하여 60초간 산화 규소막을 연마하는 공정 조건 하에서의 연마율이 1,800 Å/min 이하인 경우를 의미한다.
본 명세서에서 '목표 연마불균일도에 미달한 연마패드"의 의미는 하소 세리아 슬러리가 200mL/분의 속도로 공급되고, 3.5psi의 하중으로 연마 대상인 반도체 기판을 가압하고, 연마패드의 회전속도가 93rpm이고, 반도체 기판의 회전 속도가 87rpm으로 하여 60초간 산화 규소막을 연마하는 공정 조건 하에서의 연마불균일도가 9 %이하인 경우를 한다.
본 명세서에서 '리프레쉬'이란 연마 공정에 사용한 연마패드, 목표 연마율에 미달한 연마패드 및/또는 목표 연마불균일도에 미달한 연마패드가 ⅰ) 수증기를 공급하거나, ⅱ) 수증기 공급 및 컨디셔닝 등의 처리를 통해, 연마패드의 사용 수명 시간이 증가함을 의미한다.
본 명세서에서 "지속"은 사용한 연마 패드를 정반에 장착된 상태에서 수증기를 공급하는 시간에 관한 것으로, 연마 공정에 이용한 반도체 기판을 캐리어에서 탈착하고 새로운 반도체 기판을 캐리어에 장착하고 연마 공정이 다시 시작될 때 까지의 시간을 의미한다.
이하, 본 발명에 따른 예시적인 구현예에 관하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 구현예에서, 연마패드에 수증기를 공급하는 단계를 포함하며, 상기 연마패드는 연마면을 구비한 연마층을 포함하며, 상기 연마층이 복수의 기공을 포함하고, 상기 연마면이 상기 복수의 기공으로부터 유래된 미세 오목부를 포함하는 연마패드의 리프레쉬 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래 연마 시스템에 대한 순서도이다. 구체적으로 정반의 상부에 연마패드가 장착되고, 캐리어에 반도체 기판이 장착(10)되고, 상기 캐리어 내 반도체 기판의 연마면이 연마패드의 연마층에 맞닿도록 배치한 후, 가압 조건 하에서 상대 회전에 의해 연마 공정이 진행(20) 될 수 있다.
상기 연마 공정은, 연마면으로 슬러리가 유입(21)되며, 캐리어에 장착된 반도체 기판이 연마면과 맞닿은 상태로 상대 회전하여 진행될 수 있다. 동시에 컨디셔너에 의해 연마층의 컨디셔닝 공정(22)이 진행될 수 있다.
상기 컨디셔닝 공정(22)은 연마층이 일정 수준 이상으로 연마 성능을 유지시키기 위한 것일 수 있다. 구체적으로 연마패드는 연마면을 구비한 연마층을 포함하고, 상기 연마층은 복수의 기공을 포함하며, 상기 연마면은 상기 복수의 기공으로부터 유래된 미세 오목부를 포함하고, 상기 미세 오목부는 연마 공정에 의해 가공 잔류물과 반응 생성물 등으로 인해, 연마 성능이 저하될 수 있다. 이러한 연마 성능의 저하를 막기 위해, 상기 컨디셔닝 공정(22)이 미세 오목부 내 가공 잔류물과 반응 생성물에 의한 막힘 현상을 방지하여, 연마 성능을 유지할 수 있다.
다만, 상기 컨디셔닝 공정(22)은 연마층의 표면을 깎아내는 공정으로 상기 컨디셔닝 공정(22)을 반복하는 것만으로는 초기 연마패드와 동등한 수준으로 연마 성능이 지속되지 않는다.
즉, 연마 공정의 진행 시, 컨디셔닝 공정(22)에 의해 연마패드는 연마 성능을 일정 수준 이상으로 유지하지만, 반복되는 연마 공정에 의해 연마패드의 연마 성능은 저하되게 되고, 이러한 경우, 연마 성능이 저하된 연마패드를 교체할 수 있다.
상기 연마패드의 교체 여부는 목표 연마 시간 범위 내 실제 연마 공정이 진행되는지 여부를 통해 확인(30)할 수 있다. 상기 연마 공정이 진행되고, 상기 연마 공정에 소요되는 시간이 목표 연마 시간 범위 내를 유지(31)하는 경우, 연마패드는 교체 없이 연속적인 연마 공정이 진행되고, 상기 연마 공정에 소요되는 시간이 목표 시간 범위를 초과(32)하는 경우, 상기 연마패드는 교체되고, 교체된 상기 연마패드는 재사용이 불가하다.
상기의 연마 공정은 반도체 기판 내 피연마면의 특성에 따라, 연마패드의 사용 시간에 차이가 나타나게 되고, 연마 공정에 사용된 정도에 비해 빠르게 연마패드가 교체되는 경우도 있다.
즉, 연마 공정에 사용되는 연마패드가 증가되고, 이로 인해 폐기되는 연마패드의 양이 증가되면, 환경 오염의 문제를 유발할 수 있다. 또한, 연마 공정은 연속 공정으로 진행되어, 상기와 같이 연마패드를 교체하기 위해선, 연마 공정이 중단되고, 이로 인해 반도체 소자의 제조 공정 효율이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
상기와 같은 문제를 방지하기 위해, 본 발명은, 연마패드에 수증기를 공급하는 단계를 포함하는 연마패드의 리프레쉬 방법에 관한 것이다.
도 2는 본 발명의 연마 패드의 리프레쉬 방법이 적용된 연마 공정에 대한 순서도이다. 상기 도 1과 같은 순서로 연마패드가 장착(10)된 후, 연마 공정이 진행(20)된다.
연마 공정이 진행되면, 목표 연마 시간 범위 내로 실제 연마 공정이 진행되는지 여부를 확인(30)할 수 있다. 앞서 종래 도 1과 같은 연마 공정은 상기 단계(30)에서 목표 연마 시간 범위 내로 속하는 경우 연마 공정이 진행(31)되고, 상기 목표 연마 시간 범위 내로 포함되지 않는 경우 연마 패드를 교체(32)하였다.
다만, 본 발명은 상기 목표 연마 시간 범위 내 포함되지 않는 연마패드를 교체하지 않고, 50℃ 내지 120℃의 수증기를 1분 내지 10분 동안 공급(40)하여 연마패드의 사용 수명을 증가시킬 수 있다.
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계(40)에 의해, 연마층에 포함된 복수의 기공으로부터 유래된 연마면의 미세 오목부는 형태가 변화될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 연마층은 하기 식 1로 표시되는 상기 미세 오목부의 형태 변화에 의한 상기 연마면의 표면 조도(Sa) 변화율이 30% 내지 70% 일 수 있다:
[식 1]
(Sar-Saf)/Saf×100
여기서,
Saf는 상기 연마패드에 수증기를 공급하기 전, 상기 연마면의 표면 조도(Sa)이며,
Sar은 상기 연마패드에 수증기를 공급한 후, 상기 연마면의 표면 조도(Sa)이다.
상기 3차원 산술 평균 표면 거칠기 Sa는 표면 거칠기 파라미터인 Ra를 3차원으로 확장한 파라미터로, 필름 표면에서 Z(x, y) 절대 값의 평균을 의미한다. 즉, 3차원 상에서의 밸리 영역을 절대값으로 변환하여 피크로 변경했을 때의 산술 평균 높이를 의미한다. 상기 Sa는 평균 면의 평균 높이차의 평균으로, 가장 널리 사용되는 매개 변수 중 하나이다. 상기 매개 변수는 스크래치와 오염, 그리고 측정 노이즈의 영향을 많이 받지 않는다.
상기 연마면의 표면 조도(Sa) 변화율은 상기 식 1에 의해 30% 내지 70%이며, 40% 내지 69%이며, 43% 내지 68%일 수 있다. 상기 범위 내에서 수증기 공급에 의해 연마면의 미세 오복부 형태가 변화되고, 상기 미세 오목부의 형태 변화 정도는 연마율(RR, Removal rate) 및 연마 불균일도(WIWNU, within-wafer nonuniformity)에 영향을 미칠 수 있다.
다른 3차원 표면 거칠기 파라미터인 Spk는 연마층의 중심 위로 돌출한 피크의 평균 높이에 대한 값이고, Svk는 연마층의 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이에 대한 값이다.
상기 Spk 및 Svk는 아보트 곡선(Abbott curve)을 이용하여 정의되는 것으로, 도 4의 아보트 곡선은 표면 재료의 높이 분포를 나타낸다. 이것은 표면의 가장 높은 피크 아래의 특정 깊이에서 표면의 재료 분율의 누적 함수이다. 다시 말해서, 아보트 곡선에서는 거칠기 프로필의 깊이가 증가하 면 표면 재료 분율이 증가하는 것을 나타낸다. 최고 피크에서는 재료 분율이 0%이지만, 가장 깊은 곳(또는 "valley")에서 재료 분율은 100%이다. 최소 시컨트 슬로프, 즉 최적의 정의된 라인은 아보트 곡선을 다음 3가지 범위로 분할한다:
a) 코어 거칠기 깊이 Sk[㎛], 즉 거칠기 코어 프로필의깊이
b) 저감된 피크 높이 Spk[㎛], 즉 중심 위로 돌출한 피크의 평균 높이, 및
c) 저감된 그루브 깊이 Svk[㎛], 즉 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 깊이
연마율 및 연마 불균일도 등 연마 성능에 영향을 미치는 것은 연마층의 표면 조도일 수 있다.. 특히, 마모 전/후의 변화를 평가하기 위한 파라미터는 Spk 및 Svk일 수 있다. 연마패드의 연마층은 연마 공정에 의해 연마층의 표면 거칠기에 변화가 나타나게 되고, 표면 거칠기의 변화로 인해 연마 성능의 저하가 발생할 수 있다. 일반적으로 마모는 표면의 가장 높은 부분에서 진행되는 것으로, 마모 상태를 평가하기 위해선, 높이 분포 기반의 매개 변수를 통해 그 변화 정도를 확인하는 것이 중요한 것일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 하기 식 4으로 표시되는 연마면의 Svk 변화율은 0.5% 내지 50%일 수 있다:
[식 4]
(Svkr-Svkf)/Svkf×100
여기서,
Svkf는 상기 연마패드에 수증기를 공급하기 전, 상기 연마면의 표면 조도(Svk)이며,
Svkr은 상기 연마패드에 수증기를 공급한 후, 상기 연마면의 표면 조도(Svk)이다.
상기 식 4에 의해 계산된 연마면의 Svk의 변화율은 0.5% 내지 50%이며, 10% 내지 45%이며, 15% 내지 42%일 수 있다. 마모 상태를 평가하기 위한 파라미터의 변화율을 확인한 결과에서도, 연마패드에 수증기를 공급하기 전과 비교하여, 변화된 정도를 확인할 수 있고 이는 수증기 공급에 의해 연마패드의 리프레쉬가 가능함을 의미할 수 있다.
상기 본 발명의 연마패드의 리프레쉬 방법은 컨디셔닝하는 단계(41)를 추가로 포함할 수 있다. 구체적으로, 연마패드를 정반에 장착(10)하고, 연마 공정을 진행(20)할 수 있다. 상기 연마 공정이 진행(20)되면, 목표 연마 시간 범위 내로 실제 연마 공정이 진행되는지 여부를 확인(30)할 수 있다. 상기 단계(30)에서 목표 연마 시간 범위 내 속하는 경우 연마 공정이 진행(31)되고, 상기 범위 내 포함되지 않는 경우 연마패드를 교체하지 않고, 50℃ 내지 120℃의 수증기를 1 분 내지 10분 동안 공급(40)하고, 컨디셔닝(41)하여 연마패드의 사용 수명을 증가시킨다.
상기 수증기가 공급되는 단계(40)은 50℃ 내지 120℃의 수증기를 1 분 내지 10분 동안 공급할 수 있다. 상기 수증기 온도는 50℃ 내지 120℃이며, 60℃ 내지 120℃이며, 70℃ 내지 120℃ 이며, 50℃ 내지 110℃이며, 60℃ 내지 110℃이며, 70℃ 내지 110℃ 일 수 있다. 상기 온도 범위 내의 수증기가 공급되면, 상기 미세 오목부의 형태가 변화되고, 상기 형태 변화에 의한 연마면의 표면 조도가 변화되어, 연마 성능이 개선되고, 연마패드의 리프레쉬가 가능하게 될 수 있다. 연마 장비의 부식을 방지할 수 있고, 연마 장비의 안정적인 유지 관리를 위해, 120℃ 내의 수증기를 이용하는 것이나, 상기 범위 내에 국한되지 않고 연마면의 표면 조도를 변화시켜, 연마패드의 리프레쉬가 가능하게 하는 수증기는 온도 범위에 국한하지 않고 모두 사용 가능하다.
상기 수증기가 공급되는 단계는 상기 수증기를 1분 내지 10분, 1분 내지 10분, 2분 내지 8분, 3분 내지 7분, 4분 내지 6분, 4분 내지 8분, 4분 내지 10분 동안 공급할 수 있다.상기 시간 범위 내에서 수증기를 공급하는 경우, 연마면의 표면 조도를 변화시켜, 연마패드의 리프레쉬가 가능하게 할 수 있다. 또한, 상기 시간 범위 내에서 수증기를 공급하여, 연마 공정 상에서 연마패드의 리프레쉬를 위한 수증기의 공급 시간 범위를 최적화하여, 연마패드의 교체와 대비하여 짧은 시간 내 연마패드를 리프레쉬하여, 연마 공정의 효율을 최적화할 수 있다.
상기 컨디셔닝(41)은 연마층의 표면을 깎아내어 표면 거칠기 정도를 변화하게 하는 것이다. 본 발명의 연마패드의 리프레쉬 방법은 연마패드에 수증기를 공급(40)하는 단계와 더불어, 컨디셔닝하는 단계(41)에 의해 연마패드의 연마 성능이 향상될 수 있다. 상기 연마패드에 수증기를 공급하여, 상기 미세 오목부의 형태를 변화시키고, 이후 상기 컨디셔닝 공정에 의해 표면 거칠기를 변화시켜 연마 성능을 향상시킬 수 있다.
구체적으로, 상기 연마패드는 연마면을 구비한 연마층을 포함하고, 상기 연마층이 복수의 기공을 포함하고, 상기 연마면이 상기복수의 기공으로부터 유래된 미세 오목부를 포함할 수 있다. 도 5와 같이 상기 연마면에 형상된 미세 오목부는 연마 공정에 의해 오목한 형태가 유지되지 못하고, 완만한 그루브(groove)를 형성할 수 있다. 상기 완만한 그루브를 포함하는 연마면은 표면 거칠기 정도가 낮아, 연마 성능이 낮아져, 연마 공정에의 적용이 불가하다.
상기 완만한 그루브는 수증기가 공급(40)되면, 원래와 유사한 형태로 일부 복원될 수 있고, 추가 컨디셔닝 공정(41)에 의해 연마 공정 전의 미세 오목부 형태와 동등한 수준의 표면 거칠기를 나타낼 수 있다.
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계(40)는, 상기 연마패드가 정반에 장착된 상태에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 연마패드는 연마 공정에 이용되기 위해 정반에 장착되고, 연마 공정에 이용된 후, 목표 연마 시간 범위 내로 실제 연마 공정이 진행되는지 여부를 확인(30)하고, 상기 범위 내 포함되지 않는 경우 연마패드에 수증기를 공급(40)하고, 컨디셔닝(41)할 수 있다. 이때, 연마패드에 수증기를 공급(40)하고 컨디셔닝(41)하는 단계를 연마패드가 정반에 장착된 상태로 진행할 수 있다.
즉, 연마패드를 리프레쉬하기 위해, 연마패드를 정반에 장착된 상태에서 수증기를 공급(40)하고, 컨디셔닝(41)하여 연마패드를 리프레쉬하기 위해 투입되는 공정을 최소화할 수 있다.
다른 일 실시예로, 상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계(40)는, 상기 연마패드가 정반으로부터 탈착된 상태에서 수행될 수 있다. 상기와 같이 탈착된 연마패드는 세척하고, 연마패드에 수증기를 공급(40)할 수 있다. 수증기가 공급된 연마패드는 정반에 장착하고, 컨디셔닝(41)한 후 재사용할 수 있다.
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계(40)는, 상기 연마패드를 정반에 부착한지 여부에 따라, 분류될 수 있다. 정반에 부착한 상태에서 수증기가 공급(40)되고, 컨디셔닝(41)하는 방법은 연마패드를 정반에서 탈착하는 단계가 생략되어, 공정이 보다 단순하고 후술하는 정반에서 탈착하고 수증기를 공급하는 방법에 비해, 상대적으로 표면 조도가 높게 회복될 수 있다. 상기 표면 조도가 높게 회복되는 것은, 연마 공정이 종료된 후, 빠른 시간 내 수증기가 공급되는지 여부에 의해 차이가 나타난다. 이는 다공성 폴리우레탄을 포함하는 연마층의 연마면이 연마 공정에 의해서 변형된 후 수증기가 공급되면 상기 다공성 폴리우레탄이 원래의 형태로 회복되는 성질을 이용하여, 표면 조도가 높은 수준으로 회복될 수 있다. 반면, 연마 공정이 종료된 후, 시간이 경과되면 다공성 폴리우레탄의 회복 성질이 감소되어, 연마면에 수증기가 공급되더라도 표면 조도에서 차이가 나타날 수 있다.
반면, 연마패드를 정반에서 탈착하는 연마패드의 리프레쉬 방법은 앞서 정반에 부착한 상태로 수증기가 공급되는 리프레쉬 방법에 비해 정반을 탈착하는 공정이 추가되고, 상대적으로 리프레쉬 후 표면 조도가 낮지만, 정반에서 분리된 연마패드는 별도로 세척하고, 연마 공정에서 발생된 이물질을 제거할 수 있어 리프레쉬 공정 이후 진행되는 연마 공정에서 이물질에 의한 결함의 발생을 방지할 수 있다.
이후, 상기 사용 수명이 증가된 연마패드는 연마 공정을 진행할 수 있다. 이후 2차 연마패드의 교체 여부를 검토하는 단계(50)는 리프레쉬된 연마패드가 목표 연마 시간 범위를 초과하는지 여부를 결정하는 것으로, 목표 연마 시간 범위를 초과하여 연마가 진행되는 경우 연마패드는 폐기(52) 될 수 있고, 새로운 연마패드로 교체할 수 있다.
구체적으로 상기 본 발명의 리프레쉬 방법에 의한 연마패드의 연마층은 하기 식 2과 같은 연마 회복 지수(PRI)가 3.10 내지 3.80인 것을 특징으로 할 수 있다:
[식 2]
여기서,
Sa는 ISO 25178 3차원 산술 평균 표면 거칠기 Sa 값이며,
Spk는 상기 연마층의 표면 중심에서 도출한 피크의 평균 높이에 대한 값이며,
Svk는 상기 연마층의 표면 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이에 대한 값이다.
상기 연마 회복 지수(PRI)는 연마 성능, 즉 연마율(RR, Removal rate) 및 연마 불균일도(WIWNU, within-wafer nonuniformity)와 연관성이 있는 표면 조도 값의 변화 정도에 따른 연마 성능에 큰 영향을 미침을 의미할 수 있다.
상기 PRI는 연마 성능에 대한 회복 정도를 나타내는 것으로, 분자는 Spk 및 Svk의 합이고, 분모는 Sa로 구성되어, 연마층 중심에서 도출한 피크의 평균 높이 및 연마층 중심에서 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이의 합을 평균 면의 평균 높이 차의 평균으로 나눈 값으로, 표면 거칠기의 균일한 정도를 수치를 통해 확인할 수 있다. 상기 PRI 값이 본 발명의 범위 내에 속하는 경우, 높은 수준의 연마 성능을 구현할 수 있다.
또한, 상기 본 발명의 범위 내로 PRI 값이 포함되는 것은, 연마층 중심에서 도출한 피크의 평균 높이 및 연마층 중심에서 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이의 합이 수증기의 공급에 의해 증가한 것이며, 이는 연마 공정에 의해 형상이 변화된 연마면의 미세 오목부가 원래의 형상으로 회복되고, 연마면의 글레이징된 부분이 감소되어 다시 연마 공정에 이용할 수 있음을 의미하는 것으로, 사용 수명이 증대될 수 있다. 상기 식 2의 연마 회복 지수(PRI)는 3.10 내지 3.80, 예를 들어 3.11 내지 3.79, 예를 들어 3.11 내지 3.78일 수 있다. 상기 연마 회복 지수(PRI)가 상기 범위 내일 경우, 피연마면에 대한 연마율이 우수하며, 연마불균일도 측면에서도 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
또한, 일 실시예에 있어서, 상기 본 발명의 리프레쉬 방법에 의한 연마패드는 하기 식 3에 의한 값이 0.01 내지 0.22 일 수 있다:
[식 3]
여기서,
Sa는 3차원 산술 평균 표면 거칠기 Sa 값이며,
Spk는 연마층의 표면 중심에서 도출한 피크의 평균 높이에 대한 값이며,
Svk는 연마층의 표면 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이에 대한 값이다.
상기 식 3은, 연마층의 표면 중심에서의 도출한 피크의 평균 높이(Spk) 및 연마층의 평균 면에서의 평균 높이 값의 차이와 연마층의 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이 및 연마층의 평균 면에서의 평균 높이 값의 차이에 대한 비율을 계산하여, 연마층의 평균 거칠기 대비 표면 중심에서의 피크 높이 및 그루브 높이 차를 비율로 계산하여 연마 성능을 예측할 수 있다.
상기 식 3의 값은 0.01 내지 0.22, 예를 들어 0.05 내지 0.20, 예를 들어 0.06 내지 0.18일 수 있다. 상기 식 3의 값이 상기 범위를 만족할 경우, 연마층의 표면 거칠기가 적정 범위의 수준을 보유함으로써 높은 수준의 연마 성능을 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 식 3의 값이 상기 범위 값을 만족하는 경우, 본 발명의 리프레쉬 방법에 의해 상기 연마패드는 추가 사용이 가능하며, 사용 수명이 증가된 연마패드는 증가된 수명 범위에서도 우수한 연마 성능을 나타낼 수 있다.
또한, 연마면의 미세 오목부는 연마 공정에 의해 형상이 변화되고, 연마면의 일부는 글레이징 현상이 나타나게 되어 결과적으로 연마패드의 연마 성능의 저하될 수 있다. 이에 본 발명의 리프레쉬 방법에 의해, 연마패드로 수증기 공급 및 컨디셔닝한 후, 상기 식 3에 의한 값이 본 발명의 범위 내로 포함되는 것은, 연마면의 미세 오목부가 원래의 형상으로 회복되고, 연마면의 글레이징된 부분이 감소되어, 결과적으로 연마 성능이 회복됨을 의미한다.
상기 본 발명의 리프레쉬 방법이 적용될 수 있는 연마패드는 하소 세리아 슬러리가 200mL/분의 속도로 공급되고, 3.5psi의 하중으로 연마 대상인 반도체 기판을 가압하고, 연마패드의 회전속도가 93rpm이고, 반도체 기판의 회전 속도가 87rpm으로 하여 60초간 산화 규소막을 연마하는 공정에서 연마율이 1,500Å/min 내지 1,800 Å/min이고, 연마 불균일도(WIWNU, within-wafer nonuniformity)가 8% 내지 9%일 수 있다. 상기 연마율 및 연마 불균일도의 범위에 포함되는 연마패드가 본 발명의 리프레쉬 방법을 이용하여 사용 수명을 증대시킬 수 있으나, 상기 연마패드에 제한되지 않고, 연마 공정에 의해 연마 성능이 일부 저하된 연마패드는 본 발명의 리프레쉬 방법을 이용하여, 연마 성능을 회복할 수 있다.
상기 연마율 및 연마불균일도는 대상 막질 및 슬러리 종류에 의해 영향을 받는 것으로, 상기와 같은 조건 하에서 연마 공정을 진행하는 경우, 연마율이 1,500 Å/min 내지 1,800 Å/min인 경우는 목표 연마율과 비교하여 연마율이 낮아, 상대적으로 연마 효율이 떨어진다 할 것이며, 연마불균일도가 8 %내지 9%인 경우도 목표 연마불균일도와 비교하여 상대적으로 연마 성능이 낮음을 의미할 수 있다.
상기와 같이 연마율 및 연마불균일도에 의한 연마 성능이 낮은 연마패드는 앞서 설명한 바와 같이 연마층 표면에 50 ℃내지 120℃의 수증기를 1 분 내지 10분 동안 분사하고 컨디셔닝하여, 사용 수명을 증가시킬 수 있다. 상기 수증기 온도는 50℃ 내지 120℃이며, 60℃ 내지 120℃이며, 70℃ 내지 120℃ 50℃ 내지 110℃이며, 60℃ 내지 110℃이며, 70℃ 내지 110℃일 수 있다. 상기 범위 내에서 연마층의 표면 거칠기를 새 연마패드와 동등한 수준으로 나타내게 할 수 있다. 수증기는 상기 온도 범위 내에서 사용 시, 연마 장비의 부식을 방지할 수 있고, 안정적인 유지 관리가 가능하지만, 상기 범위 내에 국한되지 않고 연마면의 표면 조도를 변화시켜, 연마패드의 리프레쉬가 가능하게 하는 온도 범위의 수증기는 상기 온도 범위에 국한하지 않고 모두 사용 가능하다.
상기 수증기를 분사하고 컨디셔닝하는 단계는 구체적으로 정반에 장착된 상태에서 연마 대상인 반도체 기판의 연마 공정이 종료되고, 캐리어에 새로운 반도체 기판을 장착하는데 소요되는 시간에 수증기를 분사하고, 컨디셔닝할 수 있다.
또 다른 방식으로 정반에서 연마패드를 분리하고, DIW를 이용하여 세척한 후, 50℃ 내지 120℃의 수증기를 1 분 내지 10분 동안 분사한 후, 이를 정반에 장착하고, 컨디셔닝한 후 재사용할 수 있다.
즉, 리프레쉬 방법 내에서 정반에 정착된 상태로 연속적으로 수증기를 분사하고 컨디셔닝하는 방식과 정반에서 분리한 연마패드를 1차로 세척하고, 2차로 수증기를 분사한 후, 이를 정반에 장착하고 컨디셔닝하는 방식 모두 사용이 가능하다.
상기와 같이 정반에 장착된 상태이거나 정반에서 분리된 상태 모두, 연마패드의 사용 수명을 증가시킬 수 있다. 상기 연마패드는 하기 조건 중 어느 하나 이상에 해당되는 경우 본 발명의 리프레쉬 방법을 적용하여 사용 수명을 증대할 수 있다:
ⅰ) 연마 공정에 사용한 연마패드
ⅱ) 연마면의 표면 조도 Sa 6㎛ 이하
ⅲ) 연마면의 표면 조도 Spk 5㎛ 이하
ⅳ) 연마면의 표면 조도 Svk 16㎛ 이하
상기 ⅰ) 연마 공정에 사용한 연마패드는 구체적으로 하소 세리아 슬러리가 200mL/분의 속도로 공급되고, 3.5psi의 하중으로 연마 대상인 반도체 기판을 가압하고, 연마패드의 회전속도가 93rpm이고, 반도체 기판의 회전 속도가 87rpm으로 하여 60초간 산화 규소막을 연마하는 공정에서 연마율이 1,500Å/min 내지 1,800 Å/min이고, 연마 불균일도(WIWNU, within-wafer nonuniformity)가 8% 내지 9%로, 앞서 설명한 바와 같이 연마율이 너무 낮아 연마 효율이 떨어지거나, 연마불균일도가 낮아 연마 성능이 낮은 연마패드를 의미하는 것 할 수 있다. 다만, 상기 연마패드에 국한되지 않고, 연마 성능이 저하된 연마패드는 제한 없이 모두 사용 가능하다.
또한, 정반에서 분리하여 수증기 분사 및 컨디셔닝하는 공정은, 정반에 장착된 상태로 이후 공정을 진행하는 것에 비해 정반에서 분리하고 재장착하는 추가 시간이 소요되기는 하나, DIW를 이용하여 세척하는 단계를 포함하여, 연마 공정 상에서 연마층의 표면에 부착된 불순물 등을 제거할 수 있는 점에서 유익한 측면이 있다.
상기 컨디셔닝은 20rpm 내지 150 rpm의 회전속도, 1lb 내지 90lb의 작용 하중 및 1스윕(sweep) 속도 내지 25 스윕(sweep) 속도로 연마층의 표면을 컨디셔닝하는 것으로, 상기 범위에 국한되지 않고, 수증기에 분사 후, 연마 성능을 발휘할 수 있게 하는 정도의 컨디셔닝 조건은 모두 적용이 가능하다.
상기 본 발명의 리프레쉬 방법에 의해 수증기 분사 및 컨디셔닝한 연마패드의 연마층은 하소 세리아 슬러리가 200mL/분의 속도로 공급되고, 3.5psi의 하중으로 연마 대상인 반도체 기판을 가압하고, 연마패드의 회전속도가 93rpm이고, 반도체 기판의 회전 속도가 87rpm으로 하여 60초간 산화 규소막의 연마 공정에서 연마율이 1,810Å/min 내지 2,700 Å/min이며, 2,000Å/min 내지 2,650 Å/min이며, 2100Å/min 내지 2,600 Å/min일 수 있다. 또한, 연마 불균일도(WIWNU, within-wafer nonuniformity)는 3% 내지 7%이며, 4% 내지 7%이며, 4.1% 내지 6.8% 일 수 있다. 상기와 같이 연마패드는 수증기 분사 및 컨디셔닝에 의해 연마율이 향상되고, 연마 불균일도에서도 우수한 효과를 나타냄을 확인할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 연마패드의 연마층은 우레탄계 프리폴리머, 경화제 및 발포제를 포함하는 조성물로부터 형성된 경화물을 포함하는 연마층을 포함할 수 있다.
상기 조성물에 포함되는 각 성분을 이하에 구체적으로 설명한다.
'프리폴리머(prepolymer)'란 경화물 제조에 있어서, 성형하기 쉽도록 중합도를 중간 단계에서 중지시킨 비교적 낮은 분자량을 갖는 고분자를 의미한다. 프리폴리머는 그 자체로 또는 다른 중합성 화합물과 반응시킨 후 최종 경화물로 성형될 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 화합물과 폴리올을 반응시켜 제조될 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 사용되는 이소시아네이트 화합물은, 방향족 디이소시아네이트, 지방족 디이소시아네이트, 지환족 디이소시아네이트 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 사용할 수 있다.
상기 이소시아네이트 화합물은, 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-toluenediisocyanate, 2,4-TDI), 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-toluenediisocyanate, 2,6-TDI) 나프탈렌-1,5-디이소시아네이트(naphthalene-1,5-diisocyanate), 파라-페닐렌디이소시아네이트(p-phenylenediisocyanate), 토리딘디이소시아네이트(tolidinediisocyanate), 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트(4,4'-diphenylmethanediisocyanate), 헥사메틸렌디이소시아네이트(hexamethylenediisocyanate), 디사이클로헥실메탄디이소시아네이트(dicyclohexylmethanediisocyanate), 이소포론디이소시아네이트(isoporone diisocyanate) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
'폴리올'이란 분자 당 히드록시기(-OH)를 적어도 2 이상 포함하는 화합물을 의미한다. 상기 폴리올은 예를 들어, 폴리에테르계 폴리올(polyether polyol), 폴리에스테르계 폴리올(polyester polyol), 폴리카보네이트계 폴리올(polycarbonate polyol), 아크릴계 폴리올(acryl polyol) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 예를 들어, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 폴리프로필렌에테르글리콜, 에틸렌 글리콜, 1,2-프로필렌 글리콜, 1,3- 프로필렌 글리콜, 1,2-부탄디올, 1,3-부탄디올, 2-메틸-1,3-프로판디올, 1,4-부탄디올, 네오펜틸 글리콜, 1,5-펜탄디올, 3-메틸-1,5-펜탄디올, 1,6-헥산디올, 디에틸렌 글리콜, 디프로필렌 글리콜, 트리프로필렌 글리콜 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 폴리올은 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 폴리올은 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 3,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 100g/mol 내지 약 1,800g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 폴리올은 중량평균분자량(Mw)이 약 100g/mol 이상, 약 300g/mol 미만인 저분자량 폴리올 및 중량평균분자량(Mw)이 약 300g/mol 이상, 약 1800g/mol 이하인 고분자량 폴리올을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 약 500g/mol 내지 약 3,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머는 예를 들어, 약 600g/mol 내지 약 2,000g/mol, 예를 들어, 약 800g/mol 내지 약 1,000g/mol의 중량평균분자량(Mw)을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 예를 들어, 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
다른 구현예에서, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물은 방향족 디이소시아네이트 화합물 및 지환족 디이소시아네이트 화합물을 포함할 수 있고, 예를 들어, 상기 방향족 디이소시아네이트 화합물은 2,4-톨루엔디이소시아네이트(2,4-TDI) 및 2,6-톨루엔디이소시아네이트(2,6-TDI)를 포함하고, 상기 지환족 디이소시아네이트 화합물은 디사이클로헥실메탄 디이소시아네이트(H12MDI)을 포함할 수 있다. 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 폴리올 화합물은 폴리테트라메틸렌에테르글리콜(PTMEG) 및 디에틸렌글리콜(DEG)을 포함할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머는 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)이 약 5중량% 내지 약 11중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 10중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다. 상기 범위로 NCO%를 갖는 경우 적절한 연마패드 내 연마층의 물성을 나타내, 연마 속도, 연마 프로파일과 같은 연마 공정에 요구되는 연마 성능을 유지하고, 연마 공정 상에서 웨이퍼에 발생될 수 있는 결함을 최소화할 수 있다.
또한, 산화막(Oxide) 및 질화막(Nitride)의 연마 선택비(Ox RR/Nt RR)를 조절하여, 디싱(dishing), 리세스(recess) 및 이로젼(erosion) 현상을 방지하고 웨이퍼 내 표면 평탄화를 달성할 수 있다.
상기 우레탄계 프리폴리머의 이소시아네이트 말단기 함량(NCO%)은 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하기 위한 이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물의 종류 및 함량, 상기 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정의 온도, 압력, 시간 등의 공정 조건 및 상기 우레탄계 프리폴리머의 제조에 이용되는 첨가제의 종류 및 함량 등을 종합적으로 조절하여 설계될 수 있다.
상기 경화제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 화학적으로 반응하여 상기 연마층 내의 최종 경화 구조를 형성하기 위한 화합물로서, 예를 들어, 아민 화합물 또는 알콜 화합물을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 경화제는 방향족 아민, 지방족 아민, 방향족 알콜, 지방족 알코올 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 경화제는 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(4,4'-methylenebis(2-chloroaniline); MOCA), 디에틸톨루엔디아민(diethyltoluenediamine; DETDA), 디아미노디페닐메탄(diaminodiphenylmethane), 디메틸티오톨루엔디아민(dimethyl thio-toluene diamine; DMTDA), 프로판디올 비스 p-아미노벤조에이트(propanediol bis p-aminobenzoate), Methylene bis-methylanthranilate, 디아미노디페닐설폰(diaminodiphenylsulfone), m-자일릴렌디아민(m-xylylenediamine), 이소포론디아민(isophoronediamine), 에틸렌디아민(ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(diethylenetriamine), 트리에틸렌테트라아민(triethylenetetramine), 폴리프로필렌디아민(polypropylenediamine), 폴리프로필렌트리아민(polypropylenetriamine), 비스(4-아미노-3-클로로페닐)메탄(bis(4-amino-3-chlorophenyl)methane) 및 이들의 조합으로 이루어지는 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 경화제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 18 중량부 내지 약 27 중량부, 예를 들어, 약 19 중량부 내지 약 26 중량부, 예를 들어, 약 20 중량부 내지 약 26 중량부일 수 있다. 상기 경화제의 함량이 상기 범위를 만족하는 경우, 목적하는 연마패드의 성능을 구현하는 데에 더욱 유리할 수 있다.
상기 발포제는 상기 연마층 내의 기공 구조를 형성하기 위한 성분으로서 고상 발포제, 기상 발포제, 액상 발포제 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 일 구현예에서 상기 발포제는 고상 발포제, 기상 발포제 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 200㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 21㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 약 45㎛일 수 있다. 상기 고상 발포제의 평균 입경은 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 열팽창된(expanded) 입자인 경우 열팽창된 입자 자체의 평균 입경을 의미하며, 상기 고상 발포제가 후술하는 바에 따른 미팽창된(unexpanded) 입자인 경우 열 또는 압력에 의해 팽창된 이후 입자의 평균 입경을 의미할 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열 또는 압력 등에 의하여 팽창이 가능한 특성을 갖는 입자로서, 상기 연마층을 제조하는 과정에서 가해지는 열 또는 압력 등에 의하여 최종 연마층 내에서의 크기가 결정될 수 있다. 상기 팽창성 입자는 열팽창된(expanded) 입자, 미팽창된(unexpanded) 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 열팽창된 입자는 열에 의해 사전 팽창된 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의한 크기 변화가 작거나 거의 없는 입자를 의미한다. 상기 미팽창된 입자는 사전 팽창되지 않은 입자로서, 상기 연마층의 제조 과정에서 가해지는 열 또는 압력에 의하여 팽창되어 최종 크기가 결정되는 입자를 의미한다.
상기 팽창성 입자는 수지 재질의 외피; 및 상기 외피로 봉입된 내부에 존재하는 팽창 유발 성분을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 외피는 열가소성 수지를 포함할 수 있고, 상기 열가소성 수지는 염화비닐리덴계 공중합체, 아크릴로니트릴계 공중합체, 메타크릴로니트릴계 공중합체 및 아크릴계 공중합체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 팽창 유발 성분은 탄화수소 화합물, 클로로플루오로 화합물, 테트라알킬실란 화합물 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
구체적으로, 상기 탄화수소 화합물은 에탄(ethane), 에틸렌(ethylene), 프로판(propane), 프로펜(propene), n-부탄(n-butane), 이소부탄(isobutene), n-부텐(butene), 이소부텐(isobutene), n-펜탄(n-pentane), 이소펜탄(isopentane), 네오펜탄(neopentane), n-헥산(n-hexane), 헵탄(heptane), 석유 에테르(petroleum ether) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 클로로플루오로 화합물은 트리클로로플루오로메탄(trichlorofluoromethane, CCl3F), 디클로로디플루오로메탄(dichlorodifluoromethane, CCl2F2), 클로로트리플루오로메탄(chlorotrifluoromethane, CClF3), 테트라플루오로에틸렌(tetrafluoroethylene, CClF2-CClF2) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 테트라알킬실란 화합물은 테트라메틸실란(tetramethylsilane), 트리메틸에틸실란(trimethylethylsilane), 트리메틸이소프로필실란(trimethylisopropylsilane), 트리메틸-n-프로필실란(trimethyl-n-propylsilane) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
상기 고상 발포제는 선택적으로 무기 성분 처리 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 무기 성분 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 일 구현예에서, 상기 고상 발포제는 실리카(SiO2) 입자 처리된 팽창성 입자를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제의 무기 성분 처리는 복수의 입자 간 응집을 방지할 수 있다. 상기 무기 성분 처리된 고상 발포제는 무기 성분 처리되지 않은 고상 발포제와 발포제 표면의 화학적, 전기적 및/또는 물리적 특성이 상이할 수 있다.
상기 고상 발포제의 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.5 중량부 내지 약 10 중량부, 예를 들어, 약 1 중량부 내지 약 3 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.7 중량부, 예를 들어, 약 1.3 중량부 내지 약 2.6 중량부일 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 고상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다.
상기 기상 발포제는 불활성 가스를 포함할 수 있다. 상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제가 반응하는 과정에서 투입되어 기공 형성 요소로 사용될 수 있다.
상기 불활성 가스는 상기 우레탄계 프리폴리머와 상기 경화제 간의 반응에 참여하지 않는 가스라면 종류가 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2), 아르곤 가스(Ar), 헬륨 가스(He) 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 불활성 가스는 질소 가스(N2) 또는 아르곤 가스(Ar)를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 목적하는 기공 구조 및 물성에 따라 상기 기상 발포제의 종류 및 함량을 설계할 수 있다
일 구현예에서, 상기 발포제는 고상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제만으로 이루어질 수 있다.
상기 고상 발포제는 팽창성 입자를 포함하고, 상기 팽창성 입자는 열팽창된 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 고상 발포제는 열팽창된 입자로만 이루어질 수 있다. 상기 미팽창된 입자를 포함하지 않고 열팽창된 입자로만 이루어지는 경우, 기공 구조의 가변성은 저하되지만 사전 예측 가능성이 높아져 상기 연마층의 전 영역에 걸쳐 균질한 기공 특성을 구현하기에 유리할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자는 약 5㎛ 내지 약 200㎛의 평균 입경을 갖는 입자일 수 있다. 상기 열팽창된 입자의 평균 입경은 약 5㎛ 내지 약 100㎛, 예를 들어, 약 10㎛ 내지 약 80㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 20㎛ 내지 약 50㎛, 예를 들어, 약 30㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 25㎛ 내지 45㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 70㎛, 예를 들어, 약 40㎛ 내지 약 60㎛일 수 있다. 상기 평균 입경은 상기 열팽창된 입자의 D50으로 정의된다.
일 구현예에서, 상기 열팽창된 입자의 밀도는 약 30kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 80kg/㎥, 예를 들어, 약 35kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 38kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 75kg/㎥, 예를 들어, 약 40kg/㎥ 내지 약 72kg/㎥일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 발포제는 기상 발포제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 발포제는 고상 발포제 및 기상 발포제를 포함할 수 있다. 상기 고상 발포제에 관한 사항은 전술한 바와 같다.
상기 기상 발포제는 질소 가스를 포함할 수 있다.
상기 기상 발포제는 상기 우레탄계 프리폴리머, 상기 고상발포제 및 상기 경화제가 혼합되는 과정 중에 소정의 주입 라인을 통하여 주입될 수 있다. 상기 기상 발포제의 주입 속도는 약 0.8L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 0.8L/min 내지 약 1.7L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 2.0L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.8L/min, 예를 들어, 약 1.0L/min 내지 약 1.7L/min일 수 있다.
상기 연마층을 제조하기 위한 조성물은 계면활성제, 반응속도조절제 등의 기타 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 '계면활성제', '반응속도조절제' 등의 명칭은 해당 물질의 주된 역할을 기준으로 임의 지칭하는 명칭이며, 각각의 해당 물질이 반드시 해당 명칭으로 역할에 국한된 기능만을 수행하는 것은 아니다.
상기 계면활성제는 기공들의 응집 또는 중첩 등의 현상을 방지하는 역할을 하는 물질이면 특별히 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 실리콘계 계면활성제를 포함할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 2 중량부의 함량으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 계면활성제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.2 중량부 내지 약 1.9 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 1.5 중량부의 함량으로 포함될 수 있다. 상기 범위 내의 함량으로 계면활성제를 포함할 경우, 기상 발포제 유래 기공이 몰드 내에서 안정하게 형성 및 유지될 수 있다.
상기 반응속도조절제는 반응 촉진 또는 반응 지연의 역할을 하는 것으로서 목적에 따라 반응촉진제, 반응지연제 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 상기 반응속도조절제는 반응촉진제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 반응촉진제는 3차 아민계 화합물 및 유기금속계 화합물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 반응 촉진제일 수 있다.
구체적으로, 상기 반응속도조절제는 트리에틸렌디아민, 디메틸에탄올아민, 테트라메틸부탄디아민, 2-메틸-트리에틸렌디아민, 디메틸사이클로헥실아민, 트리에틸아민, 트리이소프로판올아민, 1,4-디아자바이사이클로(2,2,2)옥탄, 비스(2-메틸아미노에틸) 에테르, 트리메틸아미노에틸에탄올아민, N,N,N,N,N''-펜타메틸디에틸렌트리아민, 디메틸아미노에틸아민, 디메틸아미노프로필아민, 벤질디메틸아민, N-에틸모르폴린, N,N-디메틸아미노에틸모르폴린, N,N-디메틸사이클로헥실아민, 2-메틸-2-아자노보네인, 디부틸틴 디라우레이트, 스태너스 옥토에이트, 디부틸틴 디아세테이트, 디옥틸틴 디아세테이트, 디부틸틴 말리에이트, 디부틸틴 디-2-에틸헥사노에이트 및 디부틸틴 디머캅타이드로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도 조절제는 벤질디메틸아민, N,N-디메틸사이클로헥실아민 및 트리에틸아민으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 2 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 상기 반응속도조절제는 상기 우레탄계 프리폴리머 100 중량부를 기준으로 약 0.05 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.05 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.1 중량부 내지 약 0.3 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.8 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.7 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.6 중량부, 예를 들어, 약 0.2 중량부 내지 약 1.5 중량부, 예를 들어, 약 0.5 중량부 내지 약 1 중량부의 양으로 사용될 수 있다. 상기 반응속도조절제가 전술한 함량 범위로 사용될 경우, 프리폴리머 조성물의 경화 반응속도를 적절하게 조절하여 원하는 크기의 기공 및 경도를 갖는 연마층을 형성할 수 있다.
상기 연마패드가 쿠션층을 포함하는 경우, 상기 쿠션층은 상기 연마층을 지지하면서 상기 연마층에 가해지는 외부 충격을 흡수하고 분산시키는 역할을 함으로써 상기 연마패드를 적용한 연마 공정 중의 연마 대상에 대한 손상 및 결함의 발생을 최소화시킬 수 있다.
상기 쿠션층은 부직포 또는 스웨이드를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 쿠션층은 수지 함침 부직포일 수 있다. 상기 부직포는 폴리에스테르 섬유, 폴리아미드 섬유, 폴리프로필렌 섬유, 폴리에틸렌 섬유 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함하는 섬유 부직포일 수 있다.
상기 부직포에 함침된 수지는 폴리우레탄 수지, 폴리부타디엔 수지, 스티렌-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 아크릴로니트릴-부타디엔 공중합 수지, 스티렌-에틸렌-부타디엔-스티렌 공중합 수지, 실리콘 고무 수지, 폴리에스테르계 엘라스토머 수지, 폴리아미드계 엘라스토머 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나를 포함할 수 있다.
이하, 상기 연마패드를 제조하는 방법을 자세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 다른 구현예에서, 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계; 상기 프리폴리머 조성물, 발포제 및 경화제를 포함하는 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 연마층 제조용 조성물을 경화하여 연마층을 제조하는 공정을 포함하는 연마패드의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물을 제조하는 단계는 디이소시아네이트 화합물 및 폴리올 화합물을 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 제조하는 공정일 수 있다. 상기 디이소시아네이트 화합물 및 상기 폴리올 화합물에 관한 사항은 상기 연마패드에 관하여 전술한 바와 같다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기(NCO기) 함량은 약 5중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 8중량%, 예를 들어, 약 5중량% 내지 약 7중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 15중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 14중량%, 예를 들어, 약 8중량% 내지 약 12중량%, 예를 들어, 8중량% 내지 약 10중량%일 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 이소시아네이트기 함량은 상기 우레탄계 프리폴리머의 말단 이소시아네이트기, 상기 디이소시아네이트 화합물 중 반응하지 않은 미반응 이소시아네이트기 등으로부터 유래될 수 있다.
상기 프리폴리머 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 100cps 내지 약 1,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 200cps 내지 약 550cps일 수 있고, 예를 들어, 약 300cps 내지 약 500cps일 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제 또는 기상 발포제를 포함할 수 있다.
상기 발포제가 고상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 고상 발포제를 혼합하여 제1 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제1 예비 조성물과 경화제를 혼합하여 제2 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제1 예비 조성물의 점도는 약 80℃에서 약 1,000cps 내지 약 2,000cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,800cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,600cps일 수 있고, 예를 들어, 약 1,000cps 내지 약 1,500cps일 수 있다.
상기 발포제가 기상 발포제를 포함하는 경우, 상기 연마층 제조용 조성물을 제조하는 단계는 상기 프리폴리머 조성물 및 상기 경화제를 포함하는 제3 예비 조성물을 제조하는 단계; 및 상기 제3 예비 조성물에 상기 기상 발포제를 주입하여 제4 예비 조성물을 제조하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제3 예비 조성물은 고상 발포제를 더 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 연마층을 제조하는 공정은 제1 온도로 예열된 몰드를 준비하는 단계; 및 상기 예열된 몰드에 상기 연마층 제조용 조성물을 주입하여 경화시키는 단계; 및 경화된 상기 연마층 제조용 조성물을 상기 제2 온도 조건 하에서 후경화하는 단계를 포함할 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제1 온도는 약 50℃ 내지 약 150℃이며, 바람직하게는 약 90℃ 내지 약 140℃이며, 보다 바람직하게는 약 90℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 제2 온도는 약 100℃ 내지 약 130℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 125℃일 수 있고, 예를 들어, 약 100℃ 내지 약 120℃일 수 있다.
상기 연마층 제조용 조성물을 상기 제1 온도 하에서 경화시키는 단계는 약 5분 내지 약 60분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 40분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 30분, 예를 들어, 약 5분 내지 약 25분동안 수행될 수 있다.
상기 제1 온도 하에서 경화된 연마층 제조용 조성물을 상기 제2 온도 하에서 후경화하는 단계는 약 5시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 5시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 30시간, 예를 들어, 약 10시간 내지 약 25시간, 예를 들어, 약 12시간 내지 약 24시간, 예를 들어, 약 15시간 내지 약 24시간동안 수행될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 연마층의 적어도 일면을 가공하는 단계는 상기 연마층의 적어도 일면 상에 그루브(groove)를 형성하는 단계 (1); 상기 연마층의 적어도 일면을 선삭(line turning)하는 단계(2); 및 상기 연마층의 적어도 일면을 조면화하는 단계 (3) 중 적어도 하나의 단계를 포함할 수 있다.
상기 단계 (1)에서, 상기 그루브(groove)는 상기 연마층의 중심으로부터 소정의 간격으로 이격형성되는 동심원형 그루브; 및 상기 연마층의 중심으로부터 상기 연마층의 엣지(edge)까지 연속 연결되는 방사형 그루브 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 단계 (2)에서, 상기 선삭(line turning)은 절삭 공구를 이용하여 상기 연마층을 소정의 두께만큼 깎아내는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 단계 (3)에서 상기 조면화는 상기 연마층의 표면을 샌딩 롤러(Sanding roller)로 가공하는 방법으로 수행될 수 있다.
상기 연마패드의 제조방법은 상기 연마층의 연마면의 이면 상에 쿠션층을 적층하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 연마층과 상기 쿠션층은 열융착 접착제를 매개로 적층될 수 있다.
상기 연마층의 연마면의 이면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 상기 연마층과 맞닿을 표면 상에 상기 열융착 접착제를 도포하며, 각각의 열융착 접착제가 도포된 면이 맞닿도록 상기 연마층과 상기 쿠션층을 적층한 후, 가압 롤러를 이용하여 두 층을 융착시킬 수 있다.
또 다른 구현예에서, 연마면 및 상기 연마면의 이면에 정반부착면을 포함하는 연마패드를 정반 상에 결합시키는 단계; 상기 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마 대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계; 상기 연마시키는 단계는 목표 연마 시간 범위 내 실제 연마 공정의 진행 여부를 확인하는 단계; 및 상기 실제 연마 공정의 진행 시간이 목표 연마 시간 범위 내 포함되지 않을 경우, 연마패드의 연마층 표면에 50℃ 내지 120℃의 수증기를 분사하고, 컨디셔닝하는 단계를 포함하는 반도체 소자의 제조방법을 제공할 수 있다.
상기 실제 연마 공정의 진행 여부를 확인하는 단계는, 연마 대상에 대한 연마 공정 상 소요되는 시간이 목표 연마 시간 범위내 포함 시, 연마 대상을 교체하고, 연마 공정을 반복하여 진행할 수 있다. 단, 상기 목표 연마 시간 범위 내 도달하지 못한 연마 패드는 수증기 분사 및 컨디셔닝하는 단계에 의해 사용 수명을 증가시킬 수 있다. 상기 수증기 분사 및 컨디셔닝 후 연마패드의 연마층은 하기 식 2과 같은 연마 회복 지수(PRI)가 3.10 내지 3.80 일 수 있다:
[식 2]
여기서,
Sa는 3차원 산술 평균 표면 거칠기 Sa 값이며,
Spk는 연마층의 표면 중심에서 도출한 피크의 평균 높이에 대한 값이며,
Svk는 연마층의 표면 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이에 대한 값이다.
도 6 및 도 7은 일 구현예에 따른 반도체 소자 제조 공정의 개략적인 공정도를 도시한 것이다. 도 6을 참조할 때, 상기 일 구현예에 따른 연마패드(100)를 정반(200) 상에 장착한 후, 연마 대상인 반도체 기판(500)을 상기 연마패드(100) 상에 배치할 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(500)의 피연마면은 상기 연마패드(100)의 연마면에 직접 접촉할 수 있다. 연마를 위해 상기 연마패드 상에 노즐(300)을 통하여 연마 슬러리(310)가 분사될 수 있다. 상기 노즐(300)을 통하여 공급되는 연마 슬러리(310)의 유량은 약 10 ㎤/분 내지 약 1,000 ㎤/분 범위 내에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 50 ㎤/분 내지 약 500 ㎤/분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후, 상기 반도체 기판(500)과 상기 연마패드(100)는 서로 상대 회전하여, 상기 반도체 기판(500)의 표면이 연마될 수 있다. 이때, 상기 반도체 기판(500)의 회전 방향 및 상기 연마패드(100)의 회전 방향은 동일한 방향일 수도 있고, 반대 방향일 수도 있다. 상기 반도체 기판(500)과 상기 연마패드(100)의 회전 속도는 각각 약 10 rpm 내지 약 500 rpm 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 30 rpm 내지 약 200 rpm 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 반도체 기판(500)은 연마헤드(400)에 장착된 상태로 상기 연마패드(100)의 연마면에 소정의 하중으로 가압되어 맞닿게 한 뒤 그 표면이 연마될 수 있다. 상기 연마헤드(400)에 의하여 상기 반도체 기판(500)의 표면에 상기 연마패드(100)의 연마면에 가해지는 하중은 약 1 gf/㎠ 내지 약 1,000 gf/㎠ 범위에서 목적에 따라 선택될 수 있으며, 예를 들어, 약 10 gf/㎠ 내지 약 800 gf/㎠일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
일 구현예에서, 상기 반도체 소자의 제조 방법은, 상기 연마패드(100)의 연마면을 연마에 적합한 상태로 유지시키기 위하여, 상기 반도체 기판(500)의 연마와 동시에 컨디셔너(600)를 통해 상기 연마패드(100)의 연마면을 가공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에서 반도체 소자의 제조 방법에 관한 것으로, 구체적으로 (a)는 정반(200)에 연마패드(100)를 장착하는 단계이고, (b)는 슬러리(310)가 노즐(300)에 의해 주입되고, 반도체 기판(500)이 연마패드(100)와 맞닿은 상태로 연마 공정이 진행되는 단계이다. 이후 (c) 단계는 앞서 설명한 바와 같이 상기 실제 연마 공정의 진행 여부를 확인하는 단계에서, 연마 대상에 대한 연마 공정 상 소요되는 시간이 목표 연마 시간 범위내 포함되지 않는 연마패드(100)에 수증기 분사부(700)를 통해 수증기(710)를 분사하는 것이다. 구체적으로 상기 (c) 단계는 도면에 예시된 바와 같은 형태의 수증기 분사부(700)를 이용할 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않고, 연마패드 내 연마층에 고르게 50℃ 내지 110℃의 수증기를 분사할 수 있는 분사부(700)는 제한 없이 모두 사용 가능하다.
상기 (c) 단계 이후, (d) 단계는 컨디셔너(600)에 의해 컨디셔닝하는 단계이다. 상기 (c) 및 (d) 단계에 의해 상기 연마패드(100)는 반도체 기판(500)에 대한 연마 성능이 다시 연마 공정에 사용 가능한 수준으로 회복될 수 있어, 연마패드(100)의 사용 수명이 증가될 수 있다.
본 발명의 다른 일 실시예에 따른 반도체 소자의 제조 장치는 연마패드가 장착되는 정반(200); 반도체 기판이 장착되는 캐리어(400); 및 수증기 분사부(700)를 포함하며, 상기 수증기 분사부(700)는 정반(200)에 장착된 연마패드(100)에 수증기를 공급할 수 있다.
상기 반도체 소자의 제조 장치는 정반(200), 캐리어(400) 및 수증기 분사부(700) 이외에 노즐부(300), 컨디셔너(600) 등을 포함할 수 있다. 상기 반도체 소자의 제조 장치는 반도체 소자의 제조에 이용되는 것으로, 수증기 분사부(700)를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 수증기 분사부(700)는 연마패드(100)에 수증기(710)를 공급하기 위한 구성으로, 보다 구체적으로 상기 연마패드(100)의 연마면에 수증기(710)를 공급하여 연마 성능을 회복시킬 수 있다.
상기 수증기 분사부(700)는 연마패드(100)가 정반(200)에 장착된 상태 또는 정반(200)에서 탈착된 상태에서 모두 사용이 가능하다. 상기 수증기 분사부(700)는 가열된 수증기(710)가 외부에서 공급되어 상기 수증기 분사부(700)를 통해 공급되는 형태 또는 상기 수증기 분사부(700)로 물이 공급되면, 내부에서 열을 가해, 수증기(710)로 제조하여 공급하는 형태일 수 있으나, 상기 예시에 국한되지 않고 연마패드(100)로 수증기(710)를 공급할 수 있는 방법은 모두 적용이 가능하다.
그 외 정반(200), 캐리어(400), 노즐부(300) 및 컨디셔너(600)는 통상적인 반도체 소자의 제조 장치에 사용되는 것과 동일하며, 구성에 제한되지 않는다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로서 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
제조예: 연마패드의 제조
디이소시아네이트 성분 및 폴리올 성분을 혼합하여 4구 플라스크에 투입 후 80℃에서 반응시켜 우레탄계 프리폴리머를 포함하는 예비 조성물을 제조하였다. 이때, 상기 예비 조성물 중의 이소시아네이트기 함량(NCO%)이 9 중량%가 되도록 반응시켰다. 상기 디이소시아네이트 성분으로 방향족 디이소시아네이트 및 지환족 디이소시아네이트를 사용하였고, 상기 방향족 디이소시아네이트로 2,4-TDI 및 2,6-TDI를 사용하였고, 상기 지환족 디이소시아네이트로 H12MDI를 사용하였다. 상기 2,4-TDI 100 중량부 대비, 상기 2,6-TDI 25 중량부를 사용하였고, 상기 방향족 디이소시아네이트 전체 100 중량부 대비, 상기 H12MDI 11 중량부를 사용하였다. 상기 폴리올 성분으로 PTMG 및 DEG를 사용하였고, 상기 디이소시아네이트 성분 전체 100 중량부 대비, 상기 PTMG 129 중량부 및 상기 DEG 14 중량부를 사용하였다. 경화제로서 4,4'-메틸렌비스(2-클로로아닐린)(MOCA)를 사용하였고, 중의 이소시아네이트기(NCO기) 대비 상기 경화제 중의 아민기(NH2)기의 몰비가 0.96이 되도록 혼합하였다. 이어서, 상기 예비 조성물 100 중량부 대비 고상발포제(Akzonobel社) 1.0 중량부를 혼합하였다. 상기 예비 조성물을 가로 1,000mm, 세로 1,000mm, 높이 3mm이고, 90℃로 예열된 몰드에 주입하되, 10kg/min의 토출 속도로 주입하였고, 동시에 기상 발포제로서 질소(N2) 기체를 1.0L/min의 주입 속도로 주입하였다. 이어서, 상기 예비 조성물을 110℃의 온도 조건 하에서 후경화 반응시키고 그루브 형성 및 선삭 가공을 거쳐 20mm 두께의 연마층을 제조하였다.
폴리에스테르 수지 부직포에 우레탄계 수지가 함침된 10mm 두께의 쿠션층을 준비하고, 상기 연마층의 일면에 열융착 접착제를 도포하고, 상기 쿠션층의 일면에도 열융착제를 도포한 후 각각의 접착제 도포면이 맞닿도록 가압 롤러로 합지하였다. 이어서, 상기 쿠션층의 다른 일면 상에 감압접착제를 도포 및 건조하여 정반 상의 부착을 위한 접착층을 제조하였다.
실시예 1 내지 8
상기 연마패드를 이용하여 연마 공정을 반복 진행한 후, 목표 연마 시간 범위 내 실제 연마 시간이 초과한 연마패드를 실시예 1 내지 8로 이용하였다.
실시예 1 내지 4는 사용한 연마패드를 정반에서 분리시킨 후, DIW를 이용하여 1분 동안 세척하고, 수증기를 연마층 표면에 분사한 후, 컨디셔닝하고 이를 다시 정반에 부착하였다(Exsitu).
실시예 5 내지 8은 정반에 장착된 상태에서 수증기를 연마층 표면에 분사하고, 컨디셔닝하였다(Insitu).
비교예 1
상기 제조예에 의해 제조된 새 연마패드를 연마 공정에 적용하였다.
비교예 2
상기 연마패드를 이용하여 연마 공정을 반복 진행한 후, 목표 연마 시간 범위 내 실제 연마 시간이 초과한 연마패드를 이용하였다.
실험예 1: 표면 조도 및 3D 이미지 측정
연마 공정 전 후, 연마패드의 연마층에 대한 표면 거칠기를 측정하기 위하여, 비접촉식 3D Optical Profiler(Bruker사 Contour GT)를 이용하여 측정하였다.
비교예 2의 값을 기준으로 하여, 수증기 공급 전과 공급 후의 연마면에 대한 Sa 변화율(%)은 하기 식 1에 의해 계산하였다:
[식 1]
(Sar-Saf)/Saf×100
여기서,
Saf는 상기 연마패드에 수증기를 공급하기 전, 상기 연마면의 표면 조도(Sa)이며,
Sar은 상기 연마패드에 수증기를 공급한 후, 상기 연마면의 표면 조도(Sa)이다.
Svk의 변화율(%)는 하기 식 4를 이용하여 계산하였다.
[식 4]
(Svkr-Svkf)/Svkf×100
여기서,
Svkf는 상기 연마패드에 수증기를 공급하기 전, 상기 연마면의 표면 조도(Svk)이며,
Svkr은 상기 연마패드에 수증기를 공급한 후, 상기 연마면의 표면 조도(Svk)이다.
상기 표면 조도 측정 결과에 따라, 하기 식 2 및 식 3의 값을 도출하였다:
[식 2]
[식 3]
여기서,
Sa는 3차원 산술 평균 표면 거칠기 Sa 값이며,
Spk는 연마층의 표면 중심에서 도출한 피크의 평균 높이에 대한 값이며,
Svk는 연마층의 표면 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이에 대한 값이다.
실험예 2: SEM 이미지 측정
연마 공정 전, 후 연마패드의 연마층에 대한 표면 SEM 사진을 측정하였다. 표면에 대해 100배 확대하여 SEM 이미지를 측정하였다.
실험예 3: 연마 성능 평가
CMP 장비에 연마 패드를 부착하고, 실리콘 웨이퍼(PETEOS)의 옥사이드(Oxide)층이 연마패드의 연마면을 향하도록 설치하였다. 연마패드 상에 하소 세리아 슬러리를 200 mL/분의 속도로 공급하고, 캐리어는 3.5 psi의 하중이고, 헤드 스피드(Head speed)는 87 rpm이고, 정반 회전 속도는 93 rpm인 조건 하에서, 60초간 Oxide막을 연마하였다.
연마 후 실리콘 웨이퍼를 캐리어로부터 떼어내어, spin dryer에 장착하여 정제수(DIW)로 세정한 후 질소로 15 초 동안 건조하였다. 건조된 실리콘 웨이퍼를 광간섭식 두께 측정 장치(제조사: Kyence 사, 모델명: SI-F80R)를 사용하여 연마 전후 막 두께 변화를 측정하였다. 이후 하기 수학식 1을 사용하여 연마율을 계산하였다.
[수학식 1]
연마율 = 실리콘 웨이퍼의 연마두께(Å)/연마 시간(60초)
연마 공정 전과 후에서의 웨이퍼 두께를 측정하여, 연마율을 측정하는 것으로, 웨이퍼 상에서 일직선으로 48 내지 100 포인트 지점에 대해 측정하였다. 단면 부위에서 1 내지 3 mm를 제외한 모든 부위를 측정 값으로 판단하며, 상기 측정 값을 모수하여, 측정 값의 평균을 제거율(RR, Removal Rate, Å/min)로 하고, (표준편차/ 평균)X100(%)으로 WIWNU(Within Wafer NonUniformity)를 산출하였다.
실험예 4: 연마층의 물성 평가
(1) 경도
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연마 패드의 Shore D 경도를 측정하였으며, 연마 패드를 2 cm × 2 cm(두께: 2 mm)의 크기로 자른 후 온도 25 ℃ 및 습도 50±5 %의 환경에서 16 시간 정치하였다. 이후 경도계(D형 경도계)를 사용하여 연마 패드의 경도를 측정하였다.
(2) 인장
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연마 패드 각각에 대해, 만능시험계(UTM)를 사용하여 500 mm/분의 속도로 테스트하면서 파단 직전의 최고 강도 값을 취득한 후, 취득한 값을 통해 Strain-Stress 곡선의 20% 내지 70% 영역에서의 기울기를 계산하였다.
(3) 신율
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연마 패드 각각에 대해, 만능시험계(UTM)를 사용하여 500 mm/분의 속도로 테스트하면서 파단 직전의 최대 변형량을 측정한 뒤, 최초 길이 대비 최대 변형량의 비율을 퍼센트(%)로 나타냈다.
(4) 탄성 모듈러스
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 연마 패드 각각에 대해, 만능시험계(UTM)를 사용하여 500 mm/분의 속도로 테스트하면서 파단 직전의 최고 강도 값을 취득한 후, 취득한 값을 통해 Strain-Stress 곡선의 20% 내지 70% 영역에서의 기울기를 계산하였다.
상기 실험예 1 내지 4의 결과는 하기 표 1과 같다.
| 설명 | 실시예 1 | 실시예 2 | 실시예 3 | 실시예 4 | 실시예5 | 실시예 6 | 실시예 7 | 실시예 8 | 비교예 1 | 비교예 2 | |||
| Pad | 사용한 Pad* | ||||||||||||
| 부가 설명 | 사용한 Pad를 Exsitu로 Recover | 사용한 Pad를 Insitu로 Recover | 비교군 1 | 비교군 2 | |||||||||
| 열처리 전 | 물성 | 경도 (Shoer D) |
60 | 60.2 | 58.9 | 60.3 | 59.7 | 59.6 | 59.6 | 59.2 | 60.2 | 58.8 | |
| 인장 (N/㎟) | 23.43 | 22.52 | 23.04 | 23.17 | 22.87 | 23.08 | 23.56 | 22.54 | 22.59 | 22.45 | |||
| 신율 (%) | 128.476 | 123.274 | 120.734 | 116.488 | 122.797 | 116.16 | 117.067 | 109.664 | |||||
| 조도 | Sa (㎛) |
4.054 | 4.147 | 4.073 | 4.414 | 4.51 | 4.025 | 4.331 | 4.315 | 6.547 | 4.074 | ||
| Spk (㎛) |
2.145 | 2.421 | 2.154 | 1.959 | 1.141 | 1.542 | 2.541 | 2.477 | 5.53 | 1.839 | |||
| Svk (㎛) |
13.32 | 13.44 | 13.54 | 14.51 | 12.42 | 13.57 | 13.37 | 11.57 | 14.85 | 13.84 | |||
| 평가 | 연마 시간 (초) |
60 | |||||||||||
| RR (Å/min) |
1721 | 1754 | 1747 | 1695 | 1684 | 1657 | 1694 | 1715 | 2521 | 1741 | |||
| WIWNU (%) |
8.40 | 8.50 | 8.70 | 8.30 | 8.80 | 8.70 | 8.50 | 8.20 | 4.60 | 8.80 | |||
| 열처리 | Condition | Platen speed (rpm) | 93 | 93 | 93 | 93 | 93 | 93 | 93 | 93 | |||
| DIW | 1분 세척 후 | Insitu | |||||||||||
| 온도 | 50 | 70 | 90 | 110 | 50 | 70 | 90 | 110 | |||||
| 시간 | 5 분 | 5 분 | 5 분 | 5 분 | 지속 | 지속 | 지속 | 지속 | |||||
| 장비류 | 스팀 분사 | 스팀 분사 | 스팀 분사 | 스팀 분사 | 스팀 분사 | 스팀 분사 | 스팀 분사 | 스팀 분사 | |||||
| 컨디셔너 | CI -45 | CI -45 | CI -45 | CI -45 | CI -45 | CI -45 | CI -45 | CI -45 | |||||
| D/D | 6lb | 6lb | 6lb | 6lb | 6lb | 6lb | 6lb | 6lb | |||||
| Disk speed | 101 | 101 | 101 | 101 | 101 | 101 | 101 | 101 | |||||
| Disk sweep speed (sw/min) | 19 | 19 | 19 | 19 | 19 | 19 | 19 | 19 | |||||
| 열처리 후 | 물성 | 경도 (Shore D) |
59.8 | 60.1 | 54.4 | 60.1 | 59.8 | 59.7 | 59.8 | 59.9 | |||
| 인장 (N/㎟) |
23.85 | 23.24 | 22.59 | 22.94 | 22.87 | 23.01 | 23.18 | 22.12 | |||||
| 신율(%) | 123.187 | 119.007 | 116.006 | 118.297 | 114.282 | 114.758 | 117.965 | 112.506 | |||||
| 조도 | Sa (㎛) |
5.313 | 6.44 | 6.803 | 6.328 | 5.326 | 6.169 | 6.42 | 6.674 | ||||
| Spk (㎛) |
2.545 | 5.027 | 5.956 | 5.509 | 2.812 | 4.847 | 5.279 | 5.128 | |||||
| Svk (㎛) |
13.393 | 17.521 | 19.112 | 17.445 | 13.649 | 16.231 | 18.958 | 16.215 | |||||
| 식 2의 값 | 3.00 | 3.50 | 3.68 | 3.63 | 3.09 | 3.42 | 3.78 | 3.20 | 3.11 | 3.85 | |||
| 식 3의 값 | 0.24 | 0.25 | 0.25 | 0.23 | 0.26 | 0.29 | 0.27 | 0.32 | 0.12 | 0.23 | |||
| Sa 변화율 (식 1의 값, %) |
31.06 | 55.29 | 67.03 | 43.36 | 18.09 | 53.27 | 48.23 | 54.67 | |||||
| Svk 변화율 (식 4의 값, %) |
0.55 | 30.36 | 41.15 | 20.23 | 9.90 | 19.61 | 41.80 | 40.15 | |||||
| 연마시간(초) | 60 | ||||||||||||
| RR (Å/min) |
1815 | 2187 | 2337 | 2092 | 2010 | 2480 | 2534 | 2544 | |||||
| WIWNU (%) |
8.2 | 6.7 | 4.5 | 6.1 | 8.5 | 5.8 | 4.6 | 5.8 | |||||
| 새 Pad 대비 연마율 (%) |
72 | 87 | 93 | 83 | 80 | 98 | 101 | 101 | 100 | 69 | |||
(* 사용한 Pad는 연마 공정에 이용하여 목표 연마율 또는 목표 연마불균일도에 미달한 것을 의미할 수 있다.)
실험예 4에 의한 물성 평가는 열처리 전 및 열처리 후의 실시예 및 비교예에서 같은 값을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이는 열처리에 의해 연마패드의 연마층에 물성에 영향을 미치지 않음을 의미하는 것이라 할 것이다.
실험예 1에 의한 표면 조도 측정 결과는 상기 표 1, 도 8 및 도 9와 같다. 도 8은 사용이 완료되고, 사용한 연마패드(비교예 2)의 연마층에 대한 3D 이미지 촬영 결과이고, 도 9는 실시예 1 내지 8과 같이 열처리에 의해 재사용이 가능하게 된 연마패드에 대한 3D 이미지 촬영 결과이다. 상기 도면에 나타낸 바와 같이 폐기 예정인 연마패드는 표면 거칠기 정도에서, 고르게 붉은 색의 높이를 나타내어, 거칠기 정도가 완만하게 형성된 것을 확인할 수 있다. 상기와 같은 연마층은 연마 공정에의 적용 시, 연마율이 낮아, 연마 효율이 떨어지는 문제가 있다.
반면, 실시예들의 경우, 도 9와 같이 표면 거칠기가 회복되는 것을 확인할 수 있고 이는 상기 표 1의 수치를 통해 확인이 가능하다. 구체적으로 Sa가 5㎛ 내지 7㎛이고, Spk는 2㎛ 내지 6㎛이고, Svk는 12㎛ 내지 20㎛의 범위로 나타남을 확인하였다. 상기 측정 값은 비교예 2의 연마패드와 비교하여 높은 수치를 나타내어, 표면 거칠기에서 차이가 나타남을 확인할 수 있다.
표면 조도 측정 결과에 대해 구체적으로 실험예 2에서 SEM 사진을 통해 연마층의 상태를 보다 명확하게 확인하였다. 도 10 및 도 12는 비교예 2의 연마패드 내 연마층에 대한 SEM 사진으로, 도 10은 100배율로 확대한 사진이며, 도 12는 300배율로 확대한 사진이다. 상기 도 10 및 도 12에 의하면, 연마층의 표면에 형성된 복수의 기공이 연마 공정에 의해 막히거나, 일그러진 형태인 것을 확인할 수 있다.
반면, 도 11 및 도 13은 열처리 후의 실시예에 의한 연마패드 내 연마층에 대한 SEM 측정 사진으로, 기공이 크게 형성되어 있고, 기공의 막힘 현상이 해소되었으며, 일그러진 형태가 아닌 것을 확인할 수 있다.
실험예 3에 의해 연마 성능을 비교한 결과에서, 비교예 1의 새 연마패드는 연마율이 2,521 Å/min이고 연마 불균일도가 4.60%이며, 비교예 2의 폐기 예정인 연마패드는 연마율이 1,741 Å/min이고 연마 불균일도가 8.80%로 나타났다.
실시예 1 내지 8의 경우, 연마율이 1,800Å/min이상이며, 연마 불균일도는 8.50% 이하로 비교예 2에 비해 높은 연마 성능을 나타냄을 확인하였다. 즉, 비교예 2와 비교하여 연마율이 높아지고, 연마 불균일도에서도 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10: 연마패드 장착 단계
20: 연마 공정의 진행 단계
21: 슬러리 주입 단계
22: 디스크 컨디셔닝 단계
30: 연마 소요 시간에 대한 검증 단계
31: 연마 공정의 반복 진행 단계
32: 목표 연마 시간 초과에 따른 연마 공정의 중단 단계
40: 목표 연마 시간 범위 내 포함되지 않는 연마패드에 수증기를 분사하는 단계
41: 디스크 컨디셔닝 단계
42: 슬러리 주입 단계
50: 연마 소요 시간에 대한 재검증 단계
51: 연마 공정의 반복 진행 단계
52: 목표 연마 시간 초과에 따른 연마 공정의 중단 단계
100: 연마패드
101: 연마층
102: 연마면
103: 기공
104: 미세 오목부
200: 정반
300: 노즐부
310: 슬러리
400: 캐리어
500: 반도체 기판
600: 컨디셔너
700: 수증기 분사부
710: 가열된 수증기
20: 연마 공정의 진행 단계
21: 슬러리 주입 단계
22: 디스크 컨디셔닝 단계
30: 연마 소요 시간에 대한 검증 단계
31: 연마 공정의 반복 진행 단계
32: 목표 연마 시간 초과에 따른 연마 공정의 중단 단계
40: 목표 연마 시간 범위 내 포함되지 않는 연마패드에 수증기를 분사하는 단계
41: 디스크 컨디셔닝 단계
42: 슬러리 주입 단계
50: 연마 소요 시간에 대한 재검증 단계
51: 연마 공정의 반복 진행 단계
52: 목표 연마 시간 초과에 따른 연마 공정의 중단 단계
100: 연마패드
101: 연마층
102: 연마면
103: 기공
104: 미세 오목부
200: 정반
300: 노즐부
310: 슬러리
400: 캐리어
500: 반도체 기판
600: 컨디셔너
700: 수증기 분사부
710: 가열된 수증기
Claims (10)
- 연마패드에 수증기를 공급하는 단계를 포함하며,
상기 연마패드는 연마면을 구비한 연마층을 포함하며,
상기 연마층이 복수의 기공을 포함하고,
상기 연마면이 상기 복수의 기공으로부터 유래된 미세 오목부를 포함하는
연마패드의 리프레쉬 방법. - 제1항에 있어서,
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계에서,
상기 미세 오목부의 형태 변화에 의한 상기 연마면의 표면 조도(Sa) 변화율이 하기 식 1에 의해 30% 내지 70%인,
연마패드의 리프레쉬 방법:
[식 1]
(Sar-Saf)/Saf×100
여기서,
Saf는 상기 연마패드에 수증기를 공급하기 직전 상태의 상기 연마면의 표면 조도(Sa)이며,
Sar은 상기 연마패드에 수증기를 공급한 직후 상태의 상기 연마면의 표면 조도(Sa)이다. - 제1항에 있어서,
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계는 50 내지 120℃의 수증기를 1 내지 10분 동안 공급하는 단계인
연마패드의 리프레쉬 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 연마면을 컨디셔닝 하는 단계를 추가로 포함하는
연마패드의 리프레쉬 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계는,
상기 연마패드가 정반에 장착된 상태에서 수행되는
연마패드의 리프레쉬 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계는,
상기 연마패드가 정반으로부터 탈착된 상태에서 수행되는
연마패드의 리프레쉬 방법. - 제 1항에 있어서,
상기 연마패드에 수증기를 공급하는 단계 이후,
상기 연마층의 하기 식 2로 표시되는 연마 회복 지수(PRI)가 3.10 내지 3.80인,
연마패드의 리프레쉬 방법:
[식 2]
여기서,
Sa는 ISO 25178 3차원 산술 평균 표면 거칠기 Sa 값이며,
Spk는 상기 연마층의 표면 중심에서 도출한 피크의 평균 높이에 대한 값이며,
Svk는 상기 연마층의 표면 중심 아래로 돌출한 그루브의 평균 높이에 대한 값이다. - 연마면을 포함하는 연마패드를 정반에 장착하는 단계;
상기 연마면에 연마 대상의 피연마면이 맞닿도록 배치한 후 가압 조건 하에서 상기 연마패드와 상기 연마 대상을 서로 상대 회전시키면서 상기 연마 대상을 연마시키는 단계 및
상기 연마패드의 상기 연마면에 수증기를 공급하는 단계를 포함하는
반도체 소자의 제조 방법. - 제 8항에 있어서,
상기 연마면을 컨디셔닝 하는 단계를 추가로 포함하는
반도체 소자의 제조 방법. - 연마패드가 장착되는 정반;
반도체 기판이 장착되는 캐리어; 및
수증기 분사부를 포함하며,
상기 수증기 분사부는 정반에 장착된 연마패드에 수증기를 공급하는
반도체 소자의 제조 장치.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210124631A KR20230041249A (ko) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | 연마패드의 리프레쉬 방법, 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 및 반도체 소자의 제조 장치 |
| EP22195851.5A EP4151362A1 (en) | 2021-09-17 | 2022-09-15 | Method for refreshing polishing pad, method for manufacturing semiconductor device using the same and apparatus for manufacturing semiconductor device |
| US17/946,528 US20230091382A1 (en) | 2021-09-17 | 2022-09-16 | Method for refreshing polishing pad, method for manufacturing semiconductor device using the same and apparatus for manufacturing semiconductor device |
| CN202211127672.XA CN115816304A (zh) | 2021-09-17 | 2022-09-16 | 抛光垫的翻新方法、半导体元件的制造方法及制造装置 |
| TW111135220A TWI850769B (zh) | 2021-09-17 | 2022-09-16 | 拋光墊的翻新方法、半導體裝置的製造方法及製造裝置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020210124631A KR20230041249A (ko) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | 연마패드의 리프레쉬 방법, 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 및 반도체 소자의 제조 장치 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20230041249A true KR20230041249A (ko) | 2023-03-24 |
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ID=83355430
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020210124631A KR20230041249A (ko) | 2021-09-17 | 2021-09-17 | 연마패드의 리프레쉬 방법, 이를 이용한 반도체 소자의 제조방법 및 반도체 소자의 제조 장치 |
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| EP (1) | EP4151362A1 (ko) |
| JP (1) | JP7437473B2 (ko) |
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|---|---|---|---|---|
| KR20040016495A (ko) * | 2002-08-17 | 2004-02-25 | 삼성전자주식회사 | 연마 패드 컨디셔너 및 이를 갖는 화학적 기계적 연마 장치 |
| JP2006278977A (ja) * | 2005-03-30 | 2006-10-12 | Fujitsu Ltd | 半導体装置の製造方法および研磨方法 |
| JP5896625B2 (ja) * | 2011-06-02 | 2016-03-30 | 株式会社荏原製作所 | 研磨装置に使用される研磨パッドの研磨面を監視する方法および装置 |
| JP5836992B2 (ja) * | 2013-03-19 | 2015-12-24 | 株式会社東芝 | 半導体装置の製造方法 |
| TWI790050B (zh) * | 2019-06-27 | 2023-01-11 | 美商應用材料股份有限公司 | 用於化學機械研磨的蒸汽產生 |
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- 2021-09-17 KR KR1020210124631A patent/KR20230041249A/ko not_active Application Discontinuation
-
2022
- 2022-09-15 EP EP22195851.5A patent/EP4151362A1/en active Pending
- 2022-09-16 US US17/946,528 patent/US20230091382A1/en active Pending
- 2022-09-16 CN CN202211127672.XA patent/CN115816304A/zh active Pending
- 2022-09-16 JP JP2022148494A patent/JP7437473B2/ja active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20230091382A1 (en) | 2023-03-23 |
| JP2023044678A (ja) | 2023-03-30 |
| TW202320154A (zh) | 2023-05-16 |
| JP7437473B2 (ja) | 2024-02-22 |
| EP4151362A1 (en) | 2023-03-22 |
| CN115816304A (zh) | 2023-03-21 |
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