JP6980915B2 - ウエハー研磨装置用研磨パッド及びその製造方法 - Google Patents

ウエハー研磨装置用研磨パッド及びその製造方法 Download PDF

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Description

本発明はウエハー研磨装置に関し、より詳しくはウエハー研磨に使われる研磨パッドに関するものである。
シリコンウエハーの製造工程は、単結晶インゴット(Ingot)を作るための単結晶成長(Growing)工程と、単結晶インゴットをスライシング(Slicing)して薄い円板状のウエハーを得るスライシング(Slicing)工程と、スライシング工程によって得られたウエハーの破れや歪みを防止するために、その外周部を加工する外周グラインディング(Edge Grinding)工程と、ウエハーに残存する機械的加工による損傷(Damage)を除去するラッピング(Lapping)工程と、ウエハーを鏡面化する研磨(Polishing)工程と、研磨されたウエハーに付着された研磨剤や異物を除去する洗浄(Cleaning)工程とを含んでなる。
このうち、ウエハー研磨工程は、1次研磨、2次研磨、3次研磨などの多くの段階を経て行うことができ、ウエハー研磨装置によって行うことができる。
図1は一般的なウエハー研磨装置の斜視図、図2は図1の研磨パッドの一形態の表面側断面を示す図、図3は図1の研磨パッドの他の形態の平面図、図4はホットプレス加工及びカッティング加工によって研磨パッドに溝を形成する方法を示す図である。
図1に示すように、一般的なウエハー研磨装置は、研磨パッド13が付着された定盤11と、ウエハーWを取り囲み、定盤11上で回転する研磨ヘッド21と、研磨パッド13にスラリーSを供給するスラリー噴射ノズル30とを含んでなることができる。
研磨工程中、定盤11は定盤回転軸12によって回転することができ、研磨ヘッド21はヘッド回転軸22によって研磨パッド13と密着した状態で回転することができる。ここで、スラリー噴射ノズル30によって供給されたスラリーSは研磨ヘッド21に位置するウエハーWに向かって浸透し、研磨パッド13と接触しているウエハーWを研磨させることができる。
図2を参照すると、最後の研磨工程であるFP(Final Polishng)工程では、ウエハー表面の損傷(Damage)を除去するために、多数のポア(Pore)Pを有する多孔性の研磨パッド13が使われる。このような形態の研磨パッド13はウエハーWの支持のためのバックキングフィルム(Backing Film)とも同一の構造を有し、ウエハーWとの接触面で表面張力が発生する。表面張力はウエハーWのサイズ(Size)が大きくなれば増加する傾向を示す。
特に、300mm以上のウエハーWは表面張力が非常に大きくなるから、研磨工程が終わった後にも研磨パッド13がウエハーWを吸着した状態を維持するため、研磨パッド13からウエハーWを分離しにくい問題がある。
このような問題点を解決し、ウエハー表面にスラリー(Slurry)を円滑に供給するために、図3に示すように、表面に格子形の溝(Groove)Gが形成された研磨パッド13aが使われることもある。
より詳細に、格子形の溝Gは、図4の(A)に示すように、高温及び高圧によるホットプレス(Hot Press)加工と、図4の(B)に示すように、グレーバー(Graver)によるカッティング(Cutting)加工とによって研磨パッド13a−1、13a−2の表面に形成されることができる。
ところが、ホットプレス加工は、プレス(図示せず)の加圧の際、研磨パッド13a−1の接触面に熱変形が発生するので、溝Gの形成された表面が硬化する問題がある。このような方法で製造された研磨パッド13a−1は、ウエハー研磨工程中に溝Gに隣接したウエハーWの縁部(Edge)に応力集中現象を引き起こし、ウエハーの平坦度品質低下をもたらす。
また、カッティング加工を用いる研磨パッド13−2は切断面が仕上げされないから、溝Gの切断の際に発生した不純物が溝Gに残存して局部光散乱(Localized Light Scattering、LLS)品質劣化をもたらす。
したがって、本発明は、ウエハーの研磨工程を遂行しているうちにウエハーの平坦度品質低下又はLLS品質劣化を防止してウエハー研磨品質を向上させることができるウエハー研磨装置用研磨パッド及びその製造方法を提供することをその目的とする。
本発明は、切断面を有し、ウエハーと接触する前面部、前記前面部の下部に位置する背面部、及び前記前面部と前記背面部を貫通する多数の格子溝を有する上部パッドと、前記上部パッドの下部に配置され、定盤に付着可能な下部パッドと、前記上部パッドと前記下部パッドとの間に位置し、前記上部パッドと前記下部パッドを結合させる接着部とを含むウエハー研磨装置用研磨パッドを提供する。
前記格子溝は、ウエハーと接触する入口領域が底面部領域より小さな大きさを有することができる。
前記格子溝は、下部長が上部長より長い台形の側断面を有することができる。
前記格子溝は、前記上部パッドの背面部をホットプレス加工した楔溝の角を含む前記上部パッドの前面部をバフ研磨加工することによってなることができる。
前記上部パッドは、前記前面部と前記背面部にコーティングされるフィルムコーティング面をさらに含み、前記格子溝は前記フィルムコーティング面を内壁として有することができる。
前記接着部は、前記上部パッドの背面部と前記下部パッドの前面部を付着させる接着剤又は接着テープであってもよい。
前記格子溝が形成された研磨パッドはカッティング加工されることができる。
前記上部パッドは多孔性のナップ層(Nap Layer)を含み、前記下部パッドは不織布層(Non−Woven Layer)を含むことができる。
一方、本発明は、ナップ層にフィルムコーティングを行うフィルムコーティング(Film Coating)段階と、前記ナップ層の背面部に楔溝を形成するグルービング(Grooving)段階と、前記ナップ層の背面部に不織布層を接着するラミネート(Laminate)段階と、前記ナップ層の前面部をバフ研磨加工して格子溝を形成するバフ(Buffing)加工段階とを含むウエハー研磨装置用研磨パッドの製造方法を提供する。
前記グルービング段階はホットプレス加工で行うことができる。
前記ラミネート段階は、前記ナップ層と前記不織布層を接着剤又は接着テープで結合させることができる。
前記バフ研磨加工段階は、前記格子溝の下部長が上部長より長い側断面を有するように、前記楔溝の角を含む前記上部パッドの前面部を切断することができる。
前記バフ研磨加工段階以後には、研磨パッドを任意の大きさ及び形状にカッティング加工するカッティング(Cutting)段階をさらに行うことができる。
前記フィルムコーディング段階以前には、前記ナップ層の原料を配合するミキシング(Mixing)段階を行うことができる。
本発明のウエハー研磨装置用研磨パッド及びその製造方法によれば、ウエハーと接触する入口領域が底面部領域より小さなサイズ(例えば、台形)の格子溝によって円滑なスラリー流動性を保障するとともにウエハーに対する過度な表面張力を抑制することができるだけではなく、ウエハーの研磨工程を遂行するうちに不純物によるウエハーの平坦度品質低下又はLLS品質劣化を防止することができる。
一般的なウエハー研磨装置の斜視図である。 図1の研磨パッドの一形態の表面側断面を示す図である。 図1の研磨パッドの他の形態の平面図である。 ホットプレス加工とカッティング加工によって研磨パッドに溝を形成する方法を示す図である。 本発明の一実施例による研磨パッドの一部分の側面図である。 本発明の一実施例による研磨パッドの製造方法を示すフローチャートである。 図5のナップ層に対するフィルムコーティング段階を示す図である。 図5のナップ層に対するグルービング段階を示す図である。 図5のナップ層に対するグルービング以後の段階を示す図である。 図5のナップ層と不織布層のラミネート段階を示す図である。 図7dのナップ層に対するバフ段階を示す図である。 図7eのバフ段階以後の研磨パッドを示す図である。
以下、実施例は添付図面及び実施例についての説明から明らかになるであろう。実施例の説明において、各層(膜)、領域、パターン又は構造物が基板、各層(膜)、領域、パッド又はパターンの“上(on)”又は“下(under)”に形成されるものとして記載される場合、“上(on)”と“下(under)”は“直接(directly)”又は“他の層を介在して(indirectly)”形成されるもののいずれも含む。また、各層の上又は下に対する基準は図面を基準にして説明する。
図面において、大きさは説明の便宜及び明確性のために誇張されるか、省略されるか又は概略的に示された。また、各構成要素の大きさは実際の大きさを完全に反映するものではない。また、同じ参照番号は図面の説明で同じ要素を示す。以下、添付図面を参照して実施例を説明する。
図5は本発明の一実施例による研磨パッドの一部分の側面図である。
図5に示すように、本発明の一実施例によるウエハー研磨装置用研磨パッド100は、上部パッド110、下部パッド120及び接着部130を含んでなることができる。
上部パッド110は研磨パッド100の上部層を成し、ウエハーと接触したままで研磨を行う部分となる。より詳細に、上部パッド110は、前面部Front、背面部Back及び多数の格子溝112を含むことができる。ここで、上部パッド110の前面部Front及び背面部Backは多くの原料が配合されたフィルムFilmでコーティングされることができる。
前面部Frontは、フィルムFilmコーティング面が除去された状態の水平切断面102を有することができる。切断面102はバフ研磨加工によって形成されることができる。これについては後述する。
背面部BackはフィルムFilmコーティングされた状態で接着部130に付着されることができる。
格子溝112は前面部Frontと背面部Backを貫通する形態に一定間隔で上部パッド110に配列されることができる。例えば、格子溝112の配列は図3に示すような形態を有することができる。もちろん、研磨パッド100において、格子溝112の間隔、格子溝112を成す行及び列の個数は変形実施可能である。
格子溝112は、下部長bが上部長aより長い側断面を有することができる。すなわち、格子溝112はウエハーWと接触する入口領域の大きさが底面部領域の大きさより小さくなることができる。格子溝112は入口領域が底面部領域より小さな大きさを有する多様な断面形状になることができる。
例えば、図5に示すように、本実施例のように、格子溝112を成す単位部材111の断面は下部長が上部長より短い台形であり得る。隣接した単位部材111の側面は格子溝112を成す側壁になる。したがって、格子溝112は、上部パッド110の前面部Frontから背面部Backに行くほど断面積が大きくなる形態を有することができる。すなわち、格子溝112は下部長bが上部長aより長い台形側断面を有するようになる。そして、格子溝112は、上述したように、フィルムFilmコーティング面を内壁として有することができる。
格子溝112の台形は上部パッド110の表面でスラリーが円滑に流動することができるようにし、ウエハーに対する表面張力の抑制効果を得ることができる。また、格子溝112の前面部Front、すなわちウエハーWと接触する入口が相対的に背面部Back(又は底面部)より狭いから、格子溝112の背面部Backの領域に位置する不純物が上部パッド110の表面に容易に排出できないようにするので、不純物によるウエハーの汚染や平坦度に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
また、格子溝112の内壁はフィルムFilmでコーティングされた状態なので、スラリーの流動を一層増大させることができ、格子溝112の形成過程中の不純物発生を減らすことができる。
上述した上部パッド110は格子溝112が形成された一つの層を成すので、研磨パッド100のナップ層(Nap Layer)と呼ばれることができる。ナップ層110はウエハーの欠陥(Defect)の除去及び誘発防止に卓越した性能を有するように多孔性(Porous)のスエード(Suede)素材を含むことができる。
下部パッド120は上述した上部パッド110の下部に配置されて定盤に付着されることができる。下部パッド120は研磨パッド100の不織布層(Non−woven fabric Layer)と呼ばれることができる。下部パッド120は上部パッド110と結合し、上部パッド110が安定的に機能することができるように上部パッド110を支持することができる。
接着部130は上部パッド110と下部パッド120との間に位置し、上部パッド110と下部パッド120を結合させることができる。例えば、接着部130は上部パッド110の背面部Backと下部パッド120の前面部Frontを付着させる接着剤又は接着テープであり得る。
上述した構成を含む本実施例のウエハー研磨装置用研磨パッド100によれば、入口が狭くて下部が広い(例えば、台形)格子溝112によって円滑なスラリー流動性を有するようになり、表面張力を抑制することにより、研磨工程後にウエハーがよく分離されない問題点を解決することができる。さらに、ウエハーの研磨工程を遂行するうちに不純物によるウエハーの平坦度品質低下又はLLS品質劣化を防止することができる。
以下、本発明の一実施例による研磨パッド100の製造方法と上述した研磨パッド100の構造をより詳細に記述する。以下では、研磨パッド100の上部パッド110及び下部パッド120はナップ層110及び不織布層120に用語を統一して使う。
図6は本発明の一実施例による研磨パッドの製造方法を示すフローチャート、図7aは図5のナップ層に対するフィルムコーティング段階を示す図、図7bは図5のナップ層に対するグルービング段階を示す図、図7cは図5のナップ層に対するグルービング以後の段階を示す図、図7dは図5のナップ層と不織布層のラミネート段階を示す図、図7eは図7dのナップ層に対するバフ段階を示す図、図7fは図7eのバフ段階以後の研磨パッドを示す図である。
図6に示すように、本発明の一実施例による研磨パッド100の製造方法は、まずナップ層110の原料をミキシング(Mixing)する段階S100を遂行する。
ミキシング段階S100はナップ層110を成す原料を適切に配合しながら、多孔性(Porous)のスエード(Suede)素材を含むナップ層110を製作することができる。
ついで、ナップ層110にフィルムFilmをコーティングするフィルムコーティング(Film Coating)段階S200を遂行することができる。フィルムコーティング段階S200は、図7aに示すように、ナップ層110の表面にポリエチレン(Polyethylene、PET)フィルムFilmをコーティングする段階であり得る。フィルムコーティング段階S200によってナップ層110の前面部Frontと背面部BackにはフィルムFilmがコーティングされることができる。
ついで、ナップ層110の背面部Backに楔溝101を形成するグルービング(Grooving)段階S300を遂行することができる。グルービング段階S300は、図7bに示すように、ホットプレス(Hot Press)を用いるホットプレス加工によって行うことができる。楔溝101は三角形に制限されず、半円形など、背面部Backの領域の大きさが前面部Frontより大きい多様な形状を有することができる。楔溝101の形状はホットプレス(Hot Press)の形状を変形することによって多様に実施することができる。
実施例において、研磨パッド100の格子溝112は上部パッド110の背面部Backをホットプレス加工した楔溝101(図7c参照)を先に形成する過程によって形成されることができる。
グルービング段階S300によって、図7cに示すように、ナップ層110の背面部Backに多数の楔溝101を形成することができる。例えば、多数の楔溝101は逆三角形の断面を有することができる。
グルービング段階S300以後には、ナップ層110と不織布層120を接着するラミネート(Laminate)段階S400につながることができる。ラミネート段階S400は、図7dに示すように、ナップ層110と不織布層120を接着剤又は接着テープで結合させる段階であり得る。ここで、ナップ層110は、楔溝101が下側に位置するように、ナップ層110の背面部Backが不織布層120の前面部Frontに接着されることができる。
ラミネート段階S400以後には、ナップ層110の前面部Frontをバフ研磨(Buffing)加工するバフ研磨加工段階S500を遂行する。バフ研磨加工段階S500はナップ層110の表面を除去する過程である。バフ研磨加工段階S500では、図7eに示すように、楔溝101の角、すなわち三角形の頂点部位を切断するようにナップ層110の前面部Frontをバフ研磨加工することができる。したがって、ナップ層110は、ラミネート段階S400での厚さh1−1よりバフ研磨加工段階S500以後に小さい厚さh1−2を有し、前面部Frontに切断面102を有するようになる。
ここで、切断面102はバフ研磨加工面と呼ばれることができる。実施例のように、前面部Frontに切断面102を有するナップ層110は、図4の(A)に示すように、従来のホットプレス加工形態において溝Gに隣接した部位で熱変形が発生した前面部を有していた問題点を解決することができる。したがって、前面部Frontに切断面102を有する実施例の研磨パッド100は研磨工程中にウエハーと接触しても熱変形が発生した面を有しなくて熱変形層との直接的な接触が防止されるので、ウエハーの側面の過研磨を減少させて研磨品質の向上を期待することができる。
バフ研磨加工段階S500が完了した後には、図7fに示すように、ナップ層110は、格子溝112を成す単位部材111の断面において下部長が上部長より短い台形になる。したがって、格子溝112は、ナップ層110の前面部Frontから背面部Backに行くほど断面積が大きくなる形態を有することができる。すなわち、格子溝112は、下部長bが上部長aより長い台形形状を有することにより、ウエハーと接触する入口領域が底面部領域の大きさより小さくなる。そして、格子溝112は、上述したように、フィルムFilmコーティング面を内壁として有することができる。
上述したような格子溝112の形状は、上部パッド110の表面でスラリーが円滑に流動するようにし、ウエハーに対する表面張力の抑制効果を得ることができる。また、格子溝112の前面部Frontの入口が相対的に背面部Backより狭いから、格子溝112の背面部Backの領域に位置する不純物が上部パッド110の表面に容易に排出されないようにするので、不純物によるウエハーの汚染や平坦度に悪影響を及ぼすことを防止することができる。
また、格子溝112の内壁はフィルムFilmでコーティングされた状態なので、スラリーの流動を一層増大させることができ、格子溝112の形成過程中に不純物の発生を減らすことができる。
バフ研磨加工段階S500以後には、研磨パッド100を任意の大きさ及び形状にカッティング(Cutting)加工するカッティング段階S600を遂行することができる。カッティング段階S600で、研磨パッド100は任意の大きさ及び形状を有する各枚単位に切断されることができる。例えば、カッティング段階S600で、研磨パッド100は、円形、楕円形、四角形などの断面形状を有するように、縁部をカッティングすることができる。ついで、製造された研磨パッド100の品質を検査する品質検査段階S700につながることができる。
このように、本発明のウエハー研磨装置用研磨パッド100及びその製造方法によれば、台形の格子溝112によって円滑なスラリー流動性を保障するとともにウエハーに対する過度な表面張力を抑制することができるだけではなく、ウエハーの研磨工程を遂行するうちに不純物によるウエハーの平坦度品質低下又はLLS品質劣化を防止することができる。
以上、実施例で説明された特徴、構造、効果などは本発明の少なくとも一つの実施例に含まれ、必ずしも一実施例に限定されるものではない。さらに、各実施例で例示された特徴、構造、効果などは実施例が属する分野の通常の知識を有する者によって他の実施例に組合せ又は変形されて実施可能である。したがって、このような組合せ及び変形に関連した内容は本発明の範囲に含まれるものとして解釈されなければならない。
実施例のウエハー研磨装置用研磨パッド及びその製造方法はシリコンウエハーの製造工程などに適用可能である。

Claims (10)

  1. 切断面を有し、ウエハーと接触する前面部、前記前面部の下部に位置する背面部、及び
    前記前面部と前記背面部を貫通する多数の格子溝を有する上部パッドと、
    前記上部パッドの下部に配置され、定盤に付着可能な下部パッドと、
    前記上部パッドと前記下部パッドとの間に位置し、前記上部パッドと前記下部パッドを
    結合させる接着部と、を含み、
    前記格子溝は、ウエハーと接触する入口領域が底面部領域より小さな大きさを有し、かつ下部長が上部長より長い台形の側断面を有し、
    前記格子溝は、さらに、前記上部パッドの背面部をホットプレス加工した楔溝の角を含む前記上部パッドの前面部をバフ研磨加工することによってなるウエハー研磨装置用研磨パッド。
  2. 前記上部パッドは、前記前面部と前記背面部にコーティングされるフィルムコーティン
    グ面をさらに含み、前記格子溝は前記フィルムコーティング面を内壁として有する、請求
    項1に記載のウエハー研磨装置用研磨パッド。
  3. 前記接着部は、前記上部パッドの背面部と前記下部パッドの前面部を付着させる接着剤
    又は接着テープである、請求項1に記載のウエハー研磨装置用研磨パッド。
  4. 前記格子溝が形成された研磨パッドはカッティング加工される、請求項3に記載のウエ
    ハー研磨装置用研磨パッド。
  5. 前記上部パッドは多孔性のナップ層(Nap Layer)を含み、前記下部パッドは
    不織布層(Non−Woven Layer)を含む、請求項1〜4のいずれか一項に記
    載のウエハー研磨装置用研磨パッド。
  6. ナップ層にフィルムコーティングを行うフィルムコーティング(Film Coati
    ng)段階と、
    前記ナップ層の背面部に楔溝を形成するグルービング(Grooving)段階と、
    前記ナップ層の背面部に不織布層を接着するラミネート(Laminate)段階と、
    前記ナップ層の前面部をバフ研磨加工して格子溝を形成するバフ(Buffing)加
    工段階と、を含み、
    前記バフ研磨加工段階は、前記格子溝の下部長が上部長より長い側断面を有するように
    、前記楔溝の角を含む前記上部パッドの前面部を切断する
    ウエハー研磨装置用研磨パッドの製造方法。
  7. 前記グルービング段階はホットプレス加工で行う、請求項6に記載のウエハー研磨装置
    用研磨パッドの製造方法。
  8. 前記ラミネート段階は、前記ナップ層と前記不織布層を接着剤又は接着テープで結合さ
    せる、請求項7に記載のウエハー研磨装置用研磨パッドの製造方法。
  9. 前記バフ研磨加工段階以後には、研磨パッドを任意の大きさ及び形状にカッティング加
    工するカッティング(Cutting)段階をさらに行う、請求項6〜8のいずれか一項に記載のウエハー研磨装置用研磨パッドの製造方法。
  10. 前記フィルムコーディング段階以前には、前記ナップ層の原料を配合するミキシング(
    Mixing)段階を行う、請求項9に記載のウエハー研磨装置用研磨パッドの製造方法。
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