JP2020506071A - 研磨パッドおよびその製造方法 - Google Patents

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Abstract

研磨層を提供する段階と、前記研磨層を貫通する第1貫通ホールを形成する段階と、前記研磨層に対向する支持層を提供する段階と、前記第1貫通ホールが形成されている研磨層と前記支持層との間に接着層を介在し、前記接着層により、前記研磨層および前記支持層を互いに接着させる段階と、前記第1貫通ホールを基準に、前記接着層の所定の領域に前記接着層を貫通する第3貫通ホールおよび前記支持層の所定の領域に前記支持層を貫通する第2貫通ホールを形成する段階と、前記第1貫通ホール内にウィンドウを挿入する段階とを含む研磨パッドの製造方法。【選択図】図1

Description

本発明は、半導体の化学的機械的平坦化(chemical mechanical planarization、CMP)工程に使用される研磨パッドおよびその製造方法に関するものである。
半導体製造工程の中で化学的機械的平坦化(CMP)工程は、ヘッドに付着しているウェーハ(wafer)をプラテン(platen)上に形成された研磨パッドの表面に接触するようにした状態で、スラリーを供給してウェーハ表面を化学的に反応させながらプラテンとヘッドとを相対運動させて、機械的にウェーハ表面の凹凸を平坦化する工程である。
CMP工程において所望の表面特性や厚さが得られた時点を検出して工程を終結させる終点を決める段階もまた重要である。したがって、様々な平坦化終点を決定する方法が開発されてきて、その例としては、透明なウィンドウを研磨パッドに挿入して光学的に測定する技術が知られている。具体的には、光ビームがウィンドウを通過して加工中のウェーハの表面に誘導され、その後反射された光ビームがウィンドウを通過して復帰すると、検出器においてウェーハ表面特性を分析することができる。
従来、ウィンドウを有する積層研磨パッドは、通常、研磨層および支持層のそれぞれを貫通するホールを形成した後に接着して製造されていた。しかしながら、このような従来の方法は、研磨層と支持層にノッチを形成して位置を合わせる煩わしい整列工程が必要である欠点があった。
また、光透過領域に対応する部分に剥離性保護部材を形成して、所望の位置の下端部を除去する方法が開発されているが、光透過領域の下端に接着剤層が残るので、光学的透過度が低下するという問題がある(特許文献1を参照)。
大韓民国登録特許第10−1633766号公報
従来のウィンドウを有する積層研磨パッドは、通常、研磨層と支持層にそれぞれホールを形成した後に接着するため、製造時に光透過領域を所定の位置に形成する工程が容易ではなく、製造された研磨パッドに接着剤層が存在することにより、光学的透過度が低下するという問題があった。
したがって、本発明により、ノッチを形成しなくても簡単に光透過領域を所定の位置に形成することができ、光学的透過度が低下しないかつ層間剥離を防止することができる研磨パッドの製造方法およびこれにより製造された研磨パッドを提供する。
本発明の一実施形態によると、
(a)研磨層を提供する段階と、
(b)前記研磨層を貫通する第1貫通ホールを形成する段階と、
(c)前記研磨層に対向する支持層を提供する段階と、
(d)前記第1貫通ホールが形成されている研磨層と前記支持層との間に接着層を介在し、前記接着層により、前記研磨層および前記支持層を互いに接着させる段階と、
(e)前記第1貫通ホールを基準に、前記接着層の所定の領域に前記接着層を貫通する第3貫通ホールおよび前記支持層の所定の領域に前記支持層を貫通する第2貫通ホールを形成する段階と、
(f)前記第1貫通ホール内にウィンドウを挿入する段階とを含む、研磨パッドの製造方法が提供される。
他の実施形態によると、
第1貫通ホールが形成された研磨層と、
前記第1貫通ホールが形成されている領域内に第2貫通ホールが形成され、前記研磨層に対向する支持層と、
前記第1貫通ホールが形成されている領域内に第3貫通ホールが形成され、前記研磨層および前記支持層の間に介在されている接着層と、
前記第1貫通ホール内に挿入され、前記接着層に接着されているウィンドウとを含み、
前記研磨層および前記支持層には、前記第1貫通ホールおよび前記第2貫通ホールを整列するためのノッチが形成されていなくかつ前記第1貫通ホールおよび前記第2貫通ホールが互いに整列された、研磨パッドが提供される。
前記実施形態による研磨パッドの製造方法は、ノッチを形成しなくても光透過領域を所定の位置に形成することが容易である。
また、前記方法によると、ウィンドウ下端に接着層が存在しないため、光学的透過度に優れた研磨パッドを形成することができる。
さらに、前記方法は、研磨層と支持層との接着の際、両面テープではなくホットメルト接着剤を使用するため、層間剥離が防止された研磨パッドを製造することができる。
図1は、一実施形態による研磨パッドの製造方法を概略的に示したものである。 図2は、一実施形態による切断方法を概略的に示したものである。 図3は、他の実施形態による切断方法を概略的に示したものである。 図4は、一実施形態による研磨パッドの製造方法によって製造された研磨パッドを示すものである。
以下、前記実施形態による研磨パッドの製造方法を、添付した図面を参照して詳細に説明する。図面において、同じ参照番号は同じ構成要素を指し、各構成要素の大きさや厚さは説明の便宜のために誇張され得る。一方、以下に説明される実施形態は例示的なものであり、このような実施形態から様々な変形が可能である。
図1は、一実施形態による研磨パッドの製造方法を概略的に示したものである。
前記研磨パッドの製造方法により製造された研磨パッドは、第1貫通ホール201が形成されている研磨層101と、支持層102と、前記研磨層101と前記支持層102との間に介在している接着層103と、前記第1貫通ホール201内に挿入されたウィンドウ104とを含む。
まず、前記研磨層101を提供する(図1(a)を参照)。
前記研磨層101は、発泡体または無発泡体であり得、好ましくは、微細気泡を有する発泡体であり得る。
前記研磨層101は、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ハロゲン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、感光性樹脂、または、これらの任意の組み合わせを含み得るが、これに限定されるものではない。
前記ポリウレタン系樹脂は耐摩耗性に優れ、原料組成を多様に変更することにより所望の物性が容易に得られるので、研磨層101の形成材料として好ましい。
前記研磨層101の表面は、スラリーを保持し更新するために、凹凸構造を有することが好ましい。また、前記凹凸構造は規則性を有するのが一般的であるが、スラリーの保持および更新のために特定の位置に溝のピッチ、溝の幅、溝の深さなどを変化させることが可能である。
前記研磨層101の形状は特に制限されず、前記研磨層101の大きさも、使用する研磨装置に応じて適宜調節することができる。
前記研磨層101の厚さは、特に制限されるものではないが、0.8mm〜5.0mmであり得、1.0mm〜3.0mmであることが好ましい。
次いで、前記研磨層101を貫通する第1貫通ホール201を形成する(図1(b)を参照)。
前記研磨層101を貫通する第1貫通ホール201を形成する方法は、切削工具によりプレスまたは研削する方法、炭酸レーザーなどのレーザーを利用する方法、第1貫通ホール201の形状を備えた金型に原料を流入し硬化させて形成する方法などがあるが、これらに限定されない。
前記第1貫通ホール201の平面形状は特に制限されず、円形、楕円形、正方形、長方形または多角形であり得る。
次に、前記研磨層101に対向する支持層102を提供する(図1(c)を参照)。
前記支持層102は、ポリウレタン樹脂を含浸したポリエステル不織布タイプ、ポリウレタン樹脂のスエードタイプ、ポリウレタン発泡型フォームタイプ、またはこれらの任意の組み合わせであり得るが、これに限定されるものではない。
前記支持層102の厚さは、特に制限されるものではないが、0.1mm〜3.0mmであり得、0.4mm〜1.5mmであることが好ましい。
次いで、前記第1貫通ホール201が形成された研磨層101と前記支持層102との間に接着層103を介在して、前記接着層103により、前記研磨層101および前記支持層102を互いに接着させる(図1(d)を参照)。
前記接着層103は、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、エチレン酢酸ビニル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、またはこれらの任意の組み合わせを含み得るが、これに限定されるものではない。好ましくは、前記接着層103は、ポリウレタン系樹脂、ポリエステル系樹脂、またはこれらの組み合わせであり得る。
前記接着層103は、前記研磨層101の一面に付着された第1接着層および前記支持層102の一面に付着された第2接着層を含むことができる。
例えば、前記接着層103は、前記第1接着層および前記第2接着層からなり得る。
前記第1接着層および前記第2接着層の材料は、前記接着層の材料として例示したものと同一であり得る。
前記接着層103の厚さは、10μm〜400μmであり得、好ましくは20μm〜250μmであり得る。
また、前記第1接着層の厚さは、5μm〜200μmであり得、好ましくは10μm〜125μmであり得る。
また、前記第2接着層の厚さは、5μm〜200μmであり得、好ましくは10μm〜125μmであり得る。
前記接着層103の厚さが前記範囲であると、低い温度で溶融させて研磨層と支持層とを付着させることができ、接着力が強力であるというメリットがある。
前記第1接着層および前記第2接着層を加熱して、一部または全部を溶融させた後、前記第1接着層および前記第2接着層が互いに当接するように貼り合わせて前記接着層103を形成することができる。
前記第1接着層および前記第2接着層の溶融温度は80℃〜170℃であり得る。
前記第1接着層および前記第2接着層の溶融温度が前記範囲であるとき、接着層103の接着力が優れ、研磨層101と支持層102との間が容易に剥離されることを防止することができ、研磨層101または支持層102が変形したり劣化したりすることを防止することができる。
前記接着層103を用いて前記研磨層101と前記支持層102とを接着させると、長時間の研磨が行われても、前記研磨層101および前記支持層102が容易に剥離されず、スラリーの浸透防止性能に優れ得る。
次いで、前記第1貫通ホール201を基準に、前記接着層103の所定の領域に、前記接着層103を貫通する第3貫通ホール203および前記支持層102の所定の領域に前記支持層102を貫通する第2貫通ホール202を形成する(図1(e)を参照)。
好ましくは、前記第3貫通ホール203を前記第1貫通ホール201が形成されている領域内に形成し、この際、前記第3貫通ホール203の平面積は、前記第1貫通ホール201の平面積よりも小さいこともあり得る。
また、前記第2貫通ホール202を前記第1貫通ホール201が形成された領域内に形成し、この際、前記第2貫通ホール202の平面積は、前記第1貫通ホール201の平面積よりも小さいこともあり得る。
前記第3貫通ホール203の平面形状は特に制限されず、円形、楕円形、正方形、長方形または多角形であり得る。
また、前記第2貫通ホール202の平面形状は特に制限されず、円形、楕円形、正方形、長方形または多角形であり得る。
前記第3貫通ホール203の平面積および前記第2貫通ホール202の平面積を前記第1貫通ホール201の平面積より小さくすると、前記第1貫通ホールの下端にウィンドウを支持することができる接着層103および支持層102が存在するため、ウィンドウを前記第1貫通ホール201に効果的に固定させることができる。
好ましくは、前記第3貫通ホール203および前記第2貫通ホール202が互いに対応するように、前記第3貫通ホール203と前記第2貫通ホール202とを同時に形成し得る。
前記第3貫通ホール203および前記第2貫通ホール202を形成する方法は、ガイド部材を利用して切断する方法であり得る。
具体的に、前記第1貫通ホール201を基準に、前記第3貫通ホール203および前記第2貫通ホール202を形成する段階は、前記第1貫通ホール201の内部にガイド部材を挿入する段階と、前記ガイド部材によって、切断部を所定の位置に整列させる段階と、前記切断部によって、前記接着層および前記支持層の一部を切断する段階とを含む。
前記切断部は、前記ガイド部材に固定されるか、前記ガイド部材によってガイドされ得る。
前記ガイド部材は、前記第1貫通ホール201の内側面に接触して、前記切断部をガイドすることができる。
前記切断部は、前記接着層103と前記支持層102とを同時に切断することができる。
前記のように、第3貫通ホール203および前記第2貫通ホール202を形成する方法は、従来の研磨層および支持層にそれぞれ貫通ホールを形成してから接着させる方法に比べて、ノッチを形成しなくても容易に光透過領域を所定の位置に形成することができるので、製造工程が単純である。また、前記第1貫通ホール201を基準に、前記第3貫通ホール203および前記第2貫通ホール202が互いに対応するよう同時に形成すると、光透過領域には接着層103が存在しないので、光学的検出精度に優れた研磨パッドを製造することができる。
次いで、前記第1貫通ホール201内にウィンドウ104を挿入する(図1(f)を参照)。
前記ウィンドウ104は、前記第1貫通ホール201と同一大きさを有し得る。
前記ウィンドウ104は、発泡体または無発泡体であり得、好ましくは無発泡体であり得る。前記ウィンドウ104が無発泡体であれば、ウィンドウ104内に微細気泡が存在しないため、スラリーの浸透可能性を減らして光学的検出の精度向上および光透過領域の損傷防止を図ることができる。
前記ウィンドウ104は、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、アクリル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ハロゲン系樹脂、ポリスチレン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、エポキシ系樹脂、感光性樹脂、またはこれらの任意の組み合わせを含み得るが、これに限定されるものではない。
前記ウィンドウ104は、前記研磨層101に使用される材料と比較して摩耗率が同じであるか、やや高いものが好ましい。前記ウィンドウ104の摩耗率が前記研磨層101の摩耗率よりも小さいと、一定時間の研磨を行った後、ウィンドウ部分のみ突出して、研磨されるウェーハにスクラッチを発生させることがあり、ひどい場合は破損させ得るという問題点がある。
前記ウィンドウ104の光透過率は、400nm〜700nmの波長において20%以上であり得、より好ましくは670nm〜680nmの波長において30%以上であり得る。
前記研磨パッドの製造方法は、前記ウィンドウ104を前記接着層103に接着させる段階をさらに含むことができる。
前記ウィンドウ104を前記接着層103に接着させる段階において、前記接着層103の一部または全部が溶融され、前記ウィンドウ104に接着され得る。
この際、前記接着層103の溶融温度は、80℃〜170℃であり得る。
前記接着層103の溶融温度が前記範囲であるとき、前記接着層103と前記ウィンドウ104との接着力が優れ、前記接着層103、前記研磨層101、および前記支持層102が変形したり劣化したりすることを防止することができる。また、長時間の研磨に対しても前記接着層103と前記ウィンドウ104との間にスラリーが浸透することを防止することができる。
前記ウィンドウ104を前記接着層103に接着させるために、熱または振動を利用し得るが、これに限定されるものではない。具体的には、前記ウィンドウ104を前記接着層103に接着して固定させるために、熱溶着または超音波溶着法を利用することができる。
一方、他の実施形態による研磨パッドの製造方法は、前記支持層に接着テープを提供する段階をさらに含むことができる。
この際、前記接着テープは、前記支持層において接着層が形成された面の反対面に接着され得る。
前記接着テープは両面テープであり得る。
前記接着テープは、前記研磨パッドがプラテン(platen)に装着できるようにするためである。
また、前記研磨パッドの製造方法は、前記第1貫通ホールを基準に、前記接着テープの所定の領域に、前記接着テープを貫通する第4貫通ホールを形成する段階を、さらに含むことができる。
前記第4貫通ホールを前記第1貫通ホールが形成された領域内に形成し、前記第4貫通ホールの平面積は、前記第1貫通ホールの平面積よりも小さいのであり得る。
好ましくは、前記第3貫通ホールと、前記第2貫通ホールと、前記第4貫通ホールとを同時に形成し得る。具体的には、前記第3貫通ホール、前記第2貫通ホール、および前記第4貫通ホールが互いに対応するように、前記第3貫通ホールと、前記第2貫通ホールと、前記第4貫通ホールとを同時に形成することができる。
この場合、光透過領域には、接着層のみならず接着テープも存在しないため、光学的検出精度に優れた研磨パッドを得ることができる。
図2を参照して一実施形態による切断方法を説明すると、次の通りである。
具体的に、図2は、接着層103を貫通する第3貫通ホールおよび支持層102を貫通する第2貫通ホールを形成する一実施形態を示すものである。
前記第3貫通ホールおよび前記第2貫通ホールを形成するために、切断部303が結合されたガイド部材301を利用し得る。
研磨層101を貫通する第1貫通ホールの内部に前記ガイド部材301を挿入し、前記ガイド部材301によって切断部303を所定の位置に整列させ、ガイド部材301の上端に垂直で圧力を加えて、前記接着層103および前記支持層102の一部を切断する。
前記ガイド部材301は、前記第1貫通ホールの内側面に接触して前記切断部をガイドし、前記切断部は、前記接着層103と前記支持層102とを同時に切断することができる。
一方、図3を参照して他の実施形態による切断方法を説明すると、次の通りである。
具体的に、図3は、接着層103を貫通する第3貫通ホールおよび支持層102を貫通する第2貫通ホールを形成する別の実施形態を示すものである。
前記第3貫通ホールおよび前記第2貫通ホールを形成するために、ガイド部材302によって切断部304をガイドすることができる。
研磨層101を貫通する第1貫通ホールの内部に前記ガイド部材302を挿入し、前記ガイド部材302によって切断部304を所定の位置に整列させ、切断部の上端に垂直で圧力を加えて、前記接着層103および前記支持層102の一部を切断する。
前記ガイド部材302は、前記第1貫通ホールの内側面に接触して前記切断部をガイドし、前記切断部は、前記接着層103と前記支持層102とを同時に切断することができる。
図4を参照して一実施形態による研磨パッドを説明すると、次の通りである。
前記研磨パッドは、第1貫通ホールが形成された研磨層101と、前記第1貫通ホールが形成されている領域内に第2貫通ホール202が形成され、前記研磨層101に対向する支持層102と、前記第1貫通ホールが形成されている領域内に第3貫通ホール203が形成され、前記研磨層101および前記支持層102の間に介在されている接着層103と、前記第1貫通ホール内に挿入され、前記接着層103に接着されているウィンドウ104とを含み、前記研磨層101および前記支持層102には、前記第1貫通ホールおよび前記第2貫通ホール202を整列するためのノッチが形成されなく、かつ、前記第1貫通ホールおよび前記第2貫通ホール202が互いに整列されている。
好ましくは、前記接着層103の一部または全部が溶融され前記ウィンドウ104に接着される。
前記研磨パッドは、前述の研磨パッドの製造方法により製造された研磨パッドであり得る。
図4は、一実施形態による研磨パッドの断面を示したものである。具体的に、図4は、前記研磨パッドにおいて、ウィンドウ104、第3貫通ホール203および第2貫通ホール202のいずれも存在する部分を切断した断面を示したものである。
図4におけるWは、研磨パッドの断面において第1貫通ホールまたはウィンドウ104の幅を示し、Wは、研磨パッドの断面において第2貫通ホール202または第3貫通ホール203の幅を示す。
前記Wは10mm〜100mmであり得るが、これに限定されるものではない。
前記Wは、5mm〜95mmであり得るが、これに限定されるものではない。
一方、前記Wは前記Wよりも小さいことが好ましい。
例えば、前記Wは前記Wの17%〜95%であり得るが、これに限定されるものではない。
前記Wが前記Wの17%〜95%であるとき、支持層が光ビームの透過および反射を妨害して誤差が生じることを防止し、ウィンドウ104を研磨パッドに安定して固定させるために、より有利であり得る。
前記研磨パッドは、ウィンドウ104下端にフィルムまたは接着層のいずれも存在しないため、光学的透過度に優れる。
このような研磨パッドは、CMP研磨の際、研磨を中断するか否かを決めるために、基板が好ましい表面平坦性または層厚に達しているか、又は下部層が露出されているかを検出することが可能である。
CMPプロセスの間に各終了点のin−situ検出(in−situ detection)のために様々な技術が存在する。
例えば、研磨中に基板上における層の均一性のin−situ測定のための光学的モニタリングシステムが使用され得る。
前記光学的モニタリングシステムは、研磨中に基板に向けて光線を指向させる光源、基板から反射される光を測定する検出器、および検出器からの信号を分析して終了点が検出されたかを計算するコンピュータを含み得る。
101:研磨層
102:支持層
103:接着層
104:ウィンドウ
201:第1貫通ホール
202:第2貫通ホール
203:第3貫通ホール
301、302:ガイド部材
303、304:切断部
:研磨パッド断面における第1貫通ホールまたはウィンドウの幅
:研磨パッド断面における第2貫通ホールまたは第3貫通ホールの幅

Claims (12)

  1. (a)研磨層を提供する段階と、
    (b)前記研磨層を貫通する第1貫通ホールを形成する段階と、
    (c)前記研磨層に対向する支持層を提供する段階と、
    (d)前記第1貫通ホールが形成された研磨層と前記支持層との間に接着層を介在し、前記接着層により、前記研磨層および前記支持層を互いに接着させる段階と、
    (e)前記第1貫通ホールを基準に、前記接着層の所定の領域に前記接着層を貫通する第3貫通ホールおよび前記支持層の所定の領域に前記支持層を貫通する第2貫通ホールを形成する段階と、
    (f)前記第1貫通ホール内にウィンドウを挿入する段階と、
    を含む研磨パッドの製造方法。
  2. 前記第3貫通ホールを前記第1貫通ホールが形成されている領域内に形成し、この際、前記第3貫通ホールの平面積は前記第1貫通ホールの平面積よりも小さく、
    また、前記第2貫通ホールを前記第1貫通ホールが形成されている領域内に形成し、この際、前記第2貫通ホールの平面積は前記第1貫通ホールの平面積よりも小さい、請求項1に記載の研磨パッドの製造方法。
  3. 前記第3貫通ホールおよび前記第2貫通ホールが互いに対応するように、前記第3貫通ホールおよび前記第2貫通ホールを同時に形成する、請求項2に記載の研磨パッドの製造方法。
  4. 前記研磨パッドの製造方法は、前記ウィンドウを前記接着層に接着させる段階をさらに含む、請求項3に記載の研磨パッドの製造方法。
  5. 前記ウィンドウを前記接着層に接着させる段階において、前記接着層の一部または全部が溶融され、前記ウィンドウに接着される、請求項4に記載の研磨パッドの製造方法。
  6. 前記ウィンドウを熱または振動によって前記接着層に接着させる、請求項5に記載の研磨パッドの製造方法。
  7. 前記(e)段階は、
    前記第1貫通ホールの内部にガイド部材を挿入する段階と、
    前記ガイド部材によって、切断部を所定の位置に整列させる段階と、
    前記切断部によって、前記接着層および前記支持層の一部を切断する段階とを含み、
    前記切断部は、前記ガイド部材に固定されるか、または前記ガイド部材によってガイドされる、請求項1に記載の研磨パッドの製造方法。
  8. 前記ガイド部材は、前記第1貫通ホールの内側面に接触して、前記切断部をガイドする、請求項7に記載の研磨パッドの製造方法。
  9. 前記切断部は、前記接着層および前記支持層を同時に切断する、請求項8に記載の研磨パッドの製造方法。
  10. 前記研磨パッドの製造方法は、
    前記支持層に接着テープを接着する段階と、
    前記第1貫通ホールを基準に、前記接着テープの所定の領域に前記接着テープを貫通する第4貫通ホールを形成する段階とをさらに含み、
    この際、前記接着テープは、前記支持層において接着層が形成されている面の反対面に接着され、
    前記第3貫通ホールと、前記第2貫通ホールと、前記第4貫通ホールとを同時に形成する、請求項3に記載の研磨パッドの製造方法。
  11. 第1貫通ホールが形成されている研磨層と、
    前記第1貫通ホールが形成されている領域内に第2貫通ホールが形成され、前記研磨層に対向する支持層と、
    前記第1貫通ホールが形成されている領域内に第3貫通ホールが形成され、前記研磨層および前記支持層の間に介在される接着層と、
    前記第1貫通ホール内に挿入され、前記接着層に接着されているウィンドウとを含み、
    前記研磨層および前記支持層には、前記第1貫通ホールおよび前記第2貫通ホールを整列するためのノッチが形成されなく、かつ、前記第1貫通ホールおよび前記第2貫通ホールが互いに整列されている、研磨パッド。
  12. 前記接着層の一部または全部が溶融され前記ウィンドウに接着される、請求項11に記載の研磨パッド。
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