KR100373846B1 - 반도체 및 광학부품용 연마패드 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 화학기계적연마(CMP)에 사용되는 패드에 관한 것이다. 본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼를 연마하기 위하여, 일정성분의 케미컬과 연마재가 반도체 웨이퍼와 패드 사이에 공급되면서 화학기계적 연마를 수행하는 패드로써: 베이스층과; 상기 베이스층의 상면에 형성되고, 연마입자가 상기 케미컬에 의하여 용해될 수 있는 물질로 캡슐화된 상태로 상기 베이스층의 상면에 일정한 두께로 형성되는 입자층을 포함하여 구성된다. 연마시 공급되는 케미컬에 의하여 캡슐화된 연마입자가 유리입자(free abrasive)로 되어, 연마에 참여하게 된다. 연마입자의 캡슐화는 그래뉼화 또는 분사에 의한 방법 등을 고려할 수 있다. 이러한 패드에 의하면, 전체적으로 평탄한 연마가 가능함과 동시에, 보다 소량의 케미컬을 사용할 수 있게 되어, 경제적 및 환경적인 측면에서도 유리하게 된다.

Description

반도체 및 광학부품용 연마패드 및 그 제조방법{Semiconductor and optic polishing pad and method for manufacturing the same}

본 발명은 반도체 웨이퍼 또는 광학부품을 연마하기 위한 연마패드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마를 위한 연마입자를 캡슐화하는 것에 의하여, 최소의 케미컬을 이용하여 효율적인 연마가 가능하도록 구성되는 연마패드 및 그 제조방법에 관한 것이다.

반도체 디바이스의 기본 공정은, 금속배선, 절연막 및 층간배선을 CVD, PVD, 및 에칭 등의 여러가지 방법으로 성형하는 것을 기본적인 내용으로 하고 있다. 그리고 이와 같은 각각의 프로세스 사이에는 각공정이 완료된 다음에 그 표면을 평탄화(Planarization)하는 공정이 수행된다.

이와 같은 평탄화는, 반도체 소자의 고집적화에 따라, 그 내부에서 다층화구조를 가지면서, 각 도전성패턴의 최소선폭이 점점 최소화되고 있기 때문에, 최근에는 거의 필수적인 공정화되고 있다. 그리고 평탄화 공정은, 단순히 가공면의 평면도를 향상시키는 것 또는 박막표면을 균일하게 제거하는 것 등을 포함하는 광범위한 개념이지만, 특히 디바이스화 공정중에서 절연막 공정후, 또는 층간배선을 위한 스퍼터링 공정후에 생기는 요철표면에서 돌출부분을 선택적으로 제거하여 평탄화시키거나, 금속배선과 산화물 및 질화물 등의 절연막의 이종재료를 동시에 균일하게 제거하는 것에 의하여 평탄화시키는 점에서 고집접 반도체 디바이스에 있어서 중요한 의미를 가지게 된다. 이와 같은 평탄화 처리는, 반도체 디바이스의 공정에 있어서, 노광공정에서 광원의 초점심도를 확보하기 위해서도 중요한 의미를 가진다고 볼 수 있다.

이와 같은 평탄화를 위하여 종래에는 SOG(Spin On Glass), etch-back 등과 같은 여러가지 방법이 수행되기도 하였지만, 최근에는 기계적연마 및 화학적연마가 동시에 수행되는 화학기계연마(Chemical Mechanical Polishing;이하에서는 CMP라고 칭합니다)가 많은 비중을 차지하고 있다. 이러한 화학기계연마는 종래의 기계적연마와 화학적 연마의 장점을 동시에 얻을 수 있다는 점에 현재 널리 사용되고 있다.

다음에는 도 1을 참조하면서 일반적인 CMP장치 및 원리에 대하여 살펴보기로 한다.

도 1에 도시한 바와 같이, 회전테이블(2)의 상면에는 연마를 위한 패드(4)가 평탄산 상면을 가지도록 부착되어 있다. 그리고 상기 패드(4)의 상부에는, 웨이퍼(6)를 부착하고 있는 웨이퍼캐리어(8)가 패드(4)와 마찰할 수 있도록 설치된다. 상기 웨이퍼캐리어(8)는 일정한 압력(F)으로 패드(4)와 밀착되면서, 회전(rotation) 및 요동운동(Oscillation)을 병행하게 되고, 이러한 운동은 회전테이블(2)의 회전운동과 같이, 상기 웨이퍼(6)의 표면을 연마하여 평탄화시키게 된다.

그리고 이러한 연마공정에 있어서, 슬러리공급기구(12)에 의하여, 상기 웨이퍼(6)와 패드(4) 사이에는 연마를 위한 슬러리가 지속적으로 공급되고 있다. 또한 일정한 시간 이상의 연마가 수행되고 나면, 상기 패드(4)의 연마성을 확보하기 위하여 컨디셔너(10)가 상기 패드(4)의 상면에 대하여 컨디셔닝을 수행하게 된다.

연마가공 중에 공급되는 슬러리(Slurry)는, 피가공물인 웨이퍼의 표면으로부터 또는 표면으로 연마입자와 화학물질을 전달하는 매개체라고 볼 수 있다. 그리고 슬러리는 연마 대상물에 따라 산성 또는 알카리성 케미컬에 연마입자가 현탁되어진 것을 의미한다. 그리고 연마입자는 일반적으로 100 내지 1000Å의 입경을 가지고 있으며, 웨이퍼와 비슷한 경도를 가지는 것으로 기계적인 제거작용을 수행하게 되고, 통상 슬러리 내에서 약 1 내지 30 중량%를 차지하게 된다. 이러한 연마입자로 사용되는 것은, 퓸드실리카(Fumed silica), 콜로이들 실리카(Colloidal silica), 또는 알루미나 등을 들 수 있다.

그리고 패드(4)는 일반적으로 폴리우레탄 발포체로 만들어지는 것을 널리 사용하고 있다. 도 2에 도시한 바와 같이, 폴리우레탄 발포체로 만들어지는 패드(4)는, 다수개의 포어(pore)(4a)를 구비하고 있으며, 연마하고자 하는 웨이퍼와 접촉하는 포어벽(pore wall)(4b)로 구성된다. 포어(4a)는, 공급되는 슬러리를 그 내부에서 유지하면서, 포어벽(4b)에 의하여 연마되는 웨이퍼(6)와의 사이에 상기 슬러리를 공급하는 기능을 가지게 된다.

일반적으로 패드는, 평탄화하고자 하는 웨이퍼의 종류에 따라 상이한 성질이 요구된다. 예를 들면 실리콘웨이퍼(Si Wafer)를 가공하는 경우, 이러한 웨이퍼 가공의 목적은 표면 거칠기를 1nm 이하로 낮추고 전체적인 두께편차를 1㎛ 이하로 보정하는게 목적이 있다. 따라서 웨이퍼 전체의 동시 가공 및 균일 가공이 중요한 포인트라고 할 수 있는데, 이를 위하여 웨이퍼 전면의 형상을 잘 추종하는 연질패드가 사용되는 것이 일반적이다. 즉, 연질패드의 경우, 변형량이 상대적으로 크기 때문에, 웨이퍼에 가압시 웨이퍼 전체에 대하여 균일한 가공을 수행할 수 있을 것이다.

반면, 도전성 또는 비도전성패턴이 표면에 형성된 디바이스 웨이퍼의 경우에는, 그 표면의 요철이 있기 때문에 형상선택비를 높이기 위하여 경질의 패드를 사용하는 것이 일반적이다. 이렇게 경질의 패드가 사용되는 경우, 패턴에 의한 요철형상에 대한 선택비는 높일 수 있으나, 전체적인 변형량이 적기 때문에, 웨이퍼 전체에 대한 균일성(uniformity)의 보정이 어려운 단점이 있다.

따라서 일반적으로 상기 두가지 파라미터를 동시에 구현하기 위하여, 패드의 상부에는 형상선택비를 높이기 위하여 경질의 패드부분을 가지고, 그 하부에는 전체적인 균일성을 보정하기 위하여 연질의 패드부분을 가지는 2층구조가 사용되고 있다.

상술한 바와 같은 종래의 CMP용 패드에 의하면 다음과 같은 문제점이 대두되고 있다.

먼저, 포어를 가지는 패드를 사용하는 경우, 가공되는 피가공물 또는 연마입자가 포어의 내부에서 응집되어, 포어의 눈막힘(glazing)현상이 발생하게 된다. 포어의 눈막힘 현상이 발생하게 되면, 원래 포어의 기능, 즉 슬러리를 포어벽과 웨이퍼 사이에 공급해야 하는 역할을 원활하게 수행할 수 없게 된다. 따라서 슬러리공급이 불균일하게 되거나 심하면 슬러리의 공급 자체가 차단되는 원인이 되어, 더 이상의 균일한 가공을 기대할 수 없게 된다. 이러한 눈막힘 현상은, 반도체 소자가 집적되어 있는 웨이퍼를 연속 가공하는 경우, 가공 재현성(repeatibility)과 안정성(stability)에 치명적인 문제점을 발생시키게 된다.

그리고 실제 패드에 의하여 웨이퍼가 가공되는 동안에는 슬러리가 지속적으로 공급되어야 한다. 그리고 이러한 액상의 슬러리 내부의 유리입자(free abrasive)에 의하여 기계적 연마가 진행된다고 할 수 있는데, 이러한 유리입자의 자유로운 입자운동으로 인하여 웨이퍼의 표면에 국부적으로 과도한 가공이 발생하기도 한다. 이러한 것은 웨이퍼 표면의 패턴의 형상 및 재질, 그리고 밀도 등에 따라서 상이하게 나타나게 되는데, 디싱(dishing) 또는 에로젼(errosion)과 같은 표면 결함으로 나타나게 되는 것이다.

또한 일반적인 CMP의 경우 공급되는 슬러리 중에서, 실제로 웨이퍼 연마를 위하여 표면의 가공에 참여하게 되는 실재 슬러리는 약 30 내지 40%에 불과하다. 그리고 공급되는 슬러리는, 연마공정이 진행되고 있는 동안에는 지속적으로 공급되어야 하기 때문에, 실제 사용되는 30 내지 40%에 불과한 슬러리를 위하여 불필요한 60 내지 70%의 슬러리를 낭비하여야 한다는 문제점에 도달하게 된다. 즉, 실제로 연마에 사용되는 슬러리의 양을 훨씬 초과하는 많은 양의 슬러리가 낭비되는 있는 경제적인 문제점이 있고, 이는 고가인 슬러리의 과대공급으로 인한 생산원가의 상승은 물론이고, 폐슬러리의 처리비용을 증대시키는 단점으로 나타난다. 또한 폐슬러리의 증가는, 실제로 환경적인 측면에서도 바람직하지 못한 문제점으로 나타나게 됨은 당연하다.

본 발명은 이와 같은 단점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 패드의 눈막힘현상을 제거하는 것에 의하여, 연속적이면서도 안정된 웨이퍼의 연마가 가능한 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 반도체 웨이퍼 또는 광학부품의 연마시, 최소의 슬러리를 이용하여 최대의 연마효과를 얻을 수 있는 패드를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 또 다른 목적은, 슬러리의 사용량을 최소화하는 것에 의하여, 생산원가는 물론 폐슬러리의 처리비용 등을 포함하는 경제적인 측면에서 유리한 패드를 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은, 반도체 공정에 있어서 환경친화적인 패드를 제공하는 것에 의하여, 환경오염을 최소화할 수 있는 패드를 제공하는 것이다.

도 1은 일반적인 화학기계연마장치의 개략도.

도 2는 일반적인 패드의 단면 구성을 보인 단면도.

도 3은 본 발명에 의한 패드의 단면구성을 보인 단면도.

도 4는 본 발명에 의한 패드의 연마시 상태를 예시한 예시 단면도.

도 5는 본 발명에 의한 패드의 제조과정을 보인 예시도.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 캡슐화방법을 보인 설명도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

20 ..... 베이스층 22 ..... 연질층

24 ..... 경질층 30 ..... 입자층

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의하면, 반도체 웨이퍼를 연마하기 위하여, 일정성분의 케미컬이 반도체 웨이퍼와 패드 사이에 공급되면서 화학기계적 연마를 수행하는 패드로써: 베이스층과; 상기 베이스층의 상면에 형성되고, 연마입자가 상기 케미컬에 의하여 용해될 수 있는 물질로 캡슐화된 상태로 상기 베이스층의 상면에 일정한 두께로 형성되는 입자층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하고 있다.

그리고 상기 베이스층은; 하부의 연질층과, 상기 연질층의 상부에 형성되는 경질층으로 구성된다. 또한 상기 베이스층은 폴리우레탄 발포층으로 구성되고, 발포 밀도를 조절하는 것에 의하여 연질층과 경질층으로 성형된다.

그리고 상기 입자층은, 연마입자가 캡슐화된 상태에서, 상기 케미컬에 의하여 스웰링되는 물질에 의하여 베이스층의 상부에 도포되는 층으로 구성한다.

본 발명의 방법에 의하면, 반도체 웨이퍼를 연마하기 위하여, 일정성분의 케미컬이 반도체 웨이퍼와 패드 사이에 공급되면서 화학기계적 연마를 수행하는 패드의 제조방법으로; 연마입자의 외면을, 상기 케미컬에 의하여 용해되는 1차바인더로코팅하여 캡슐화하는 캡슐화과정과; 상기 캡슐화된 연마입자를 베이스층의 상면에 일정두께로 도포하는 입자층 도포과정; 그리고 상기 도포된 입자층을 경화시키는 경화과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 캡슐화과정에 대한 일실시예에 의하면, 1차바인더와, 상기 1차바인더를 녹이는 용재의 혼합액에 연마입자를 균일하게 분산시키는 과정과; 상기 분산된 용액을 분사시키면서 용재를 증발시키는 과정을 포함한다. 즉, 스프레이에 의한 방법으로 캡슐화되는 실시예를 보이고 있다.

그리고 상기 캡슐화과정에 대한 다른 실시예에 의하면, 그래뉼화방법 (granulization)으로 실시하는 것도 가능하다.

그리고 입자층도포과정은, 캡슐화된 입자를 연마시 공급되는 케미컬에 의하여 스웰링되는 2차바인더를 이용하여 겔상태로 만들고, 이를 베이스층의 상부에 도포하는 과정으로 구성된다.

또한 상기 입자층도포과정은, 캡슐화된 입자를 연마시 공급되는 케미컬에 의하여 스웰링되는 2차바인더와, 특정 파장의 광에 의하여 반응하는 광개시제를 혼합하여 겔상태로 만들어서 베이스층 상에 도포하는 과정으로 구성되고; 상기 경화과정은 상기 광개시제가 반응하는 특정 파장의 광을 조사하는 것으로 구성되는 실시예도 보이고 있다.

다음에는 도면에 도시한 본 발명의 실시예에 기초하면서 본 발명에 대하여 상세하게 살펴보기로 한다.

도 3에는 본 발명에 의한 패드의 단면구조가 도시되어 있다. 도시한 바와같이, 본 발명에 의한 패드는 베이스층(20)과 입자층(abrasive layer)(30)으로 구분될 수 있다. 베이스층(20)은, 상기 입자층(30)을 그 상면에 올릴 수 있는 기판재로서의 기능을 수행하게 된다.

그리고 본 발명에 의한 베이스층(20)은, 하부의 연질층(soft layer)(22)과 상부의 경질층(hard layer)(24)으로 구성하는 것이 바람직하다. 종래의 기술에서 언급한 바와 같이, 연질층(22)은 전체적인 광역평탄화를 위하여, 그리고 경질층(24)은 국부적인 평탄화를 위하여 제공되는 층이다.

상기 연징층(22)과 경질층(24)은, 종래와 같은 폴리우레탄을 이용하여 성형하는 것이 가능하고, 폴리우레탄 발포층의 밀도 및 종류를 조절하는 것에 의하여 경질층 또는 연질층으로 구현하는 것이 가능할 것이다.

그리고 상기 연질층(22)과 경질층(24)에 대한 구성은 실질적으로 종래와 동일한 것이어서 더 이상의 자세한 설명은 생략하기로 한다.

다음에는 상기 경질층(24)의 상부에 형성되는 입자층(30)에 대하여 살펴보기로 한다. 입자층(30)은, 종래의 슬러리에 포함되어 있는 연마입자가 캡슐화되어, 상기 경질층(24)의 상면에 고정되어 있는 것이라고 설명할 수 있다.

이러한 연마입자의 캡슐화과정 및 그 기능에 대하여, 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. 도 5는 본 발명에 의한 패드의 입자층(30)을 형성하는 과정을 설명하고 있다.

먼저 1차바인더(first binder)와 용재(solvent)를 믹싱한 후(b), 연마입자를 혼합하여(c), 전체적으로 균일하게 분산시킨다(d). 이러한 분산(dispersion) 공정은 연마입자의 균일한 혼합 및 분산을 위하여 고정도의 분산기술을 적용하는 것이 바람직하다. 연마입자의 균일한 혼합 및 분산은, 후술하는 바와 같이, 연마입자의 캡슐화과정에서 중요한 의미를 가지게 된다.

그리고 1차바인더로 사용되는 물질의 예를 들면, 화학기계연마시 공급되는 케미컬에 의하여 용해될 수 있는 물질을 사용하는 것이 바람직하고, 예를 들면 폴리머를 사용할 수 있을 것이다.

예를 들면, 웨이퍼의 표면 연마에 있어서, 메탈용 슬러리에서는 주로 산성을 띠는 화학액을 사용하고, 층간절연막용 슬러리에 있어서는 알카리성(예를 들면 암모니아수)을 띠는 화학액을 사용한다. 상기 1차바인더는 이러한 케미컬에 의하여 용해되어, 그 속에 캡슐화된 연마입자를 자유입자 상태로 할 수 있는 재질의 것을 사용할 수 있다. 따라서 상술한 폴리머 이외에도, 연마공정에서 공급되는 케미컬에 의하여 용해 가능한 것이면 다른 재질의 것을 사용하는 것도 충분히 가능하다고 할 수 있다.

그리고 상기 1차바인더를 혼합하는 용재는 휘발성이 높아서 후술하는 캡슐화공정에서 바인더 자체만을 남겨두고, 용이하게 휘발하게 되는 물질을 사용한다. 즉, 1차바인더와 같이 혼합되는 용재(slovent)는, 1차바인더를 녹여서 연마입자를 균일하게 혼합할 수 있는 기능과, 후술하는 캡슐화과정에서 1차바인더가 연마입자를 둘러싼 상태에서 증발하는 것에 의하여 연마입자의 캡슐화를 이루는 기능을 수행하게 되는 것이다.

이렇게 하여 1차바인더가 용재에 균일하게 분산된 다음에는 (e)단계에서 캡슐화된다. 즉, 상술한 연마입자의 외부를 1차바인더가 둘러싼 형태로 입자화시키는 과정이 진행된다. 여기서 (e)에 도시한 것은 연마입자를 캡슐화하기 위한 일실시예로서, 압축공기를 이용한 스프레이 방식에 의하여 연마입자를 캡슐화하는 과정을 설명하고 있다.

상기 (d)과정에서 균일하게 분산된 액체를 일정한 용기(C)에 넣고, 고압으로 압축된 공기를 이용하여 노즐(N)을 통하여 연마입자가 분사된 액체를 분사(spray)하게 된다. 이렇게 연마입자와 바인더가 용재를 통하여 균일하게 분산된 액체가 분사되면, 휘발성이 강한 용재는 휘발하게 되고, 실제로 연마입자가 1차바인더에 의하여 캡슐화된 것이 남게 된다. 이렇게 캡슐화된 입자의 단면이 (e)부분에 예시적으로 도시되어 있으며, 도시된 바와 같이 연마입자(abrasive)의 외부에 폴리머와 같은 1차바인더의 코팅층(coated layer)이 감싸고 있는 형태이다.

여기서 실제로 연마입자의 일반적인 입경은 0.1 내지 0.2㎛ 정도가 되고, 캡슐의 일반적인 입경은 50 내지 200㎛ 정도이다. 따라서 하나의 연마입자가 바인더에 의하여 입자화되는 것도 가능하겠지만, 실제로는 몇개의 연마입자가 하나의 캡슐화되는 것이 일반적이라고 할 수 있다. 그리고 캡슐화되는 입경은 액체를 분사하기 위하여 공급되는 압축공기의 분사속도와, 상기 노즐(N)의 직경에 의하여 조절 가능하다. 즉 분사속도가 높아지거나 노즐의 직경이 작아지면 실제로 분사되는 액체의 분사입자의 크기가 작아지게 될 것이고, 이렇게 되면 캡슐화되는 입경이 작아지게 된다. 따라서 이러한 조건에서는 상대적으로 하나의 캡슐 내에 포함되는 연마입자의 숫자가 줄어들게 되어, 보다 미세한 캡슐화가 가능하게 된다.

다음에는 도 6에 기초하면서, 연마입자를 1차바인더에 의하여 캡슐화하기 위한 다른 실시예에 대하여 살펴보기로 한다. 상술한 (e)단계에서는 스프레이에 의한 캡슐화방법을 설명하였다. 도 6에 도시한 실시예에서는, 일반적인 그래뉼라이징 (granulizing)에 의한 캡슐화과정이 도시되어 있다. 이러한 그래뉼라이징에 의한 입자화 방법에 대해서는, 실제로 다른 기술분야(예를 들면 식품에 관한 기술분야 등)에서 이미 사용되고 있는 것이어서 개략적으로 살펴보기로 한다.

도 6에 도시한 바와 같이, 용재와 1차바인더를 혼합한 혼합액이, 챔버(50)의 상부에 설치되어 있는 노즐(52)을 통하여 연속적으로 공급된다. 그리고 상기 챔버(50)의 내부 하측에는, 외부에 설치된 입구(56)를 통하여 고온의 공기(hot air)가 챔버(50) 내부의 하측으로 유입될 수 있도록 구성되어 있다. 그리고 챔버(50)의 내부에서 하방에는 구동모터(M)에 의하여 회전하면서 상방을 향하는 공기의 흐름을 형성시키는 임펠러(58)가 설치되어 있다.

그리고 연마입자는 입구(54)를 통하여 연속적으로 또는 주기적으로 챔버(50) 내부로 공급된다.

상기 노즐(52)을 통하여 유입되는 용재와 1차바인더의 혼합액이 스프레이되면서, 챔버(50) 내부에 있는 연마입자에 부착되게 된다. 그리고 이러한 과정에서 복수개의 연마입자가 서로 뭉쳐저서 그래뉼화(granulized)될 것이다. 그리고 외부에서 공급되는 고온의 공기에 의하여, 휘발성 용재는 충분히 증발하게 되면서, 실질적으로는 1차바인더에 의하여 감싸진 형태, 즉 캡슐화되는 것이다.

상기 두가지 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 실제로 연마입자의 외부가 1차바인더에 의하여 코팅되도록 하는 연마입자의 캡슐화에 대해서는 여러가지 방법이 가능함은 물론이다. 그러나 이러한 캡슐화의 주요 요지는 특정한 용재를 이용하는 등에 의하여, 연마입자의 외측면을 1차바인더가 감쌀 수 있는 것을 의미한다. 또한 본 명세서 상에서 개시되지 않더라도, 특정한 입자를 캡슐화하는 방법이 본 발명에 의한 프로세스에 적용 가능함은 당연하다고 할 수 있다.

이와 같이 하여, 1차바인더에 의하여 외부면이 코팅된 연마입자(이하에서는 캡슐화된 연마입자(capsulated abrasive)라고 칭합니다)가 완성되면, 다음에는 이러한 연마입자를 경질층(24)의 상면에 도포하여 입자층(30)을 형성하기 위한 공정이 진행될 것이다.

도 5의 (g)과정에서는 2차바인더(second binder)와 경화개시제(initiator)를 혼합하여, 상기 과정에서 캡슐화된 연마입자를 혼합한다. 그리고 (h)과정에서 이들을 균일하게 혼합한다. 여기서 상기 경화개시제는, 후술하는 바와 같이, 일정한 파장을 가지는 광성분에 의하여 경화 반응이 일어날 수 있는 것이고, 후술하는 자외선 경화(UV curing) 과정에서 입자층(30)이 경화될 수 있는 조건을 부여하기 위한 것이다.

여기서 2차바인더는, 연마를 위하여 패드 및 웨이퍼 사이에 공급되는 케미컬내에 포함된 순수(deionized water)에 의하여 스웰링(swelling)될 수 있는 물질로 만들어진다. 예를 들면 폴리에틸렌옥사이드를 주성분으로 하여 만들어지는 것이다. 순수에 의하여 스웰링된다는 것은, 2차바인더의 결합력이 점점 약해진다는 것을 의미하고, 최후에는 마찰력 및 연마압력 등에 의하여 완전히 자유상태가 된다는것을 의미한다. 그리고 이러한 2차바인더의 내부에는 연마되는 부분인 입자층(30)의 표면경도를 확보하기 위한 첨가제 또는 입자층(30)의 인성(toughness)을 확보하기 위한 첨가제 등이 부수적으로 포함될 수 있다.

그리고 본 발명에 있어서, 상기 2차바인더가 스웰링된다는 것은, 실질적으로는 연마시 공급되는 케미컬과 친화력이 있는 물질이라는 의미이다. 일반적으로 친화력이 있으면, 2차바인더는 이를 흡수하여 부풀게 된다. 따라서 2차바인더가 캡슐화된 연마입자를 결합하는 결합력이 약해져서 마찰력 등에 의하여 자동 드레싱될 수 있다는 것을 의미하게 된다.

또한 상기 실시예에서는, 2차바인더가 케미컬 내부에 포함된 순수에 의하여 스웰링되는 것으로 설명하고 있지만, 2차바인더의 특정성분과 친화력이 있어서, 스웰링될 수 있는 것을 2차바인더로 사용할 수 있음은 물론이다.

그리고 어떠한 화학적 용액이라고 하더라도, 물은 기본적으로 포함되어 있고, 2차바인더로 사용될 수 있는 많은 재질의 2차바인더가 있기 때문에, 실질적으로 물과 친화력이 있어서, 스웰링될 수 있는 재질의 것을 2차바인더로 사용할 수 있다는 것을 의미하기도 한다.

이와 같이 하여 캡슐화된 연마입자가 2차바인더에 의하여 겔상태로 되면, 이것을 이용하여 경질층(24)의 상면에 입자층(30)을 형성하게 된다. 즉, 경질층의 상면에 일정한 두께의 입자층을 코팅하게 되고(i), 이어서 도포된 입자층을 경화하는 과정이 수행된다.

도시한 실시예에 있어서는 (j)단계에서 자외선 경화(UV curing)을 수행하는것에 의하여 상기 입자층(30)이 경화된다. 이렇게 자외선을 조사하는 것에 의하여 경화되는 것은, 2차바인더와 혼합되어 있는 광개시제(initiator)가 자외선의 파장성분에 의하여 화학적으로 반응하여 경화되기 때문이다.

실제로 겔상태로 코팅된 입자층(30)을 경화시키는 것은, 상기와 같은 자외선의 조사에 의한 경화 이외에도 다른 많은 방법이 가능함은 당연하다. 본 실시예에 있어서는, 상술한 단계에서 2차바인더와 광개시제를 혼합한 후, (i)단계에서 입자층을 도포하기 때문에, 상기 광개시제가 경화될 수 있는 조건으로써, 특정한 파장성분을 가지는 자외선조사에 의하여 경화될 수 있도록 하고 있는 것이다.

다른 경화방법의 예로서는, 일정한 열을 가하는 것에 의한 열경화도 가능함은 물론이고, 자외선을 제외한 파장대를 가지는 광성분에 의하여 경화될 수 있는 것도 당연하다.

그리고 (j)단계에서 자외선을 조사하는 것에 의하여, 도포된 입자층이 경화되면, (k)에서 알 수 있는 바와 같이 입자층(30)이 완성된다.

다음에는 이와 같은 입자층(30)을 가지는 패드에 의한 연마작용에 대하여 살펴보기로 한다.

도 4에는 연마하고자 하는 웨이퍼(예를 들면 실리콘 웨이퍼)와, 본 발명에 의한 패드가 서로 접촉하면서 연마하는 과정을 예시적으로 도시하고 있다. 패드의 경질층(24)의 상면에 성형된 입자층(30)은, 상술한 과정을 통하여 일정한 표면경도 및 인성을 가지고, 소정의 두께로 도포되어 있다.

그리고 패드와 웨이퍼(W)는 서로 접촉한 상태로 상대운동을 수행하게 되는데, 예를 들면 패드는 회전운동을, 그리고 웨이퍼(W)는 회전운동과 일정한 요동을 동시에 수행하게 될 것이다.

상기 웨이퍼의 연마가 수행되는 동안에는, 상기 패드의 입자층(30)과 웨이퍼(W) 사이에는 연마시 화학적반응을 위한 일정 성분의 케미컬이 지속적으로 공급된다. 이러한 케미컬은, 연마하고자 하는 대상물의 종류(예를 들면 실리콘 웨이퍼인가 또는 패턴을 포함하는 웨이퍼인가 등)에 따라 알카리성 케미컬 또는 산성 케미컬이 선택적으로 공급된다.

이러한 케미컬이 공급되면, 입자층(30)의 최상부에 있는 캡슐화된 연마입자는, 케미컬에 포함되어 있는 성분에 의하여 1차바인더가 용해되면서 내부의 연마입자가 나오게 되어, 실질적인 연마에 참여하게 된다. 그리고 입자층(30)의 최상부층에 있는 연마입자가 나와서 연마가 진행됨과 동시에, 공급되는 케미컬에 포함되어 있는 순수(deionized water)에 의하여, 2차바인더는 스웰링현상이 발생하게 된다. 이러한 상태는 2차바인더의 결합력이 상당히 감소된 상태이고, 따라서 가공시 접촉하는 양자의 마찰력에 의하여, 포층부터 점차적으로 결합력이 상실될 것이다.

따라서 연마시 공급되는 특정 성분의 케미컬에 의하여, 1차바인더가 용해되면서, 연마입자가 나와서 연마가공에 참여함과 동시에, 2차바인더가 스웰링되면서 웨이퍼와의 마찰력으로 제거되면서, 다시 연마입자가 연마에 참여할 수 있게 된다. 그리고 이러한 현상은, 입자층(30)의 표층에서 부터 연마가 진행됨에 따라 점점 하층으로 진행하게 된다.

이와 같은 본 발명에 의한 연마과정에서, 입자층의 작용은 다음과 같이 정리할 수 있다.

본 발명에 의하면 대상물인 웨이퍼의 연마작용시, 연마입자가 캡슐화된 상태에서 외주를 감싸고 있는 1차바인더가 케미컬에 의하여 용해되면서 나오기 때문에, 연마하는 웨이퍼에 전체적으로 균일하게 작용하게 될 것이다. 그리고 패드의 포어(pore)에 대한 개념을 대신하여 입자층(30)이라는 개념을 도입하고 있어서, 연마입자나 연마된 피가공입자가 포어에 막히는 현상을 방지하게 되어, 실질적으로 포어의 눈막힘(glazing) 현상이 발생하지 않게 된다.

그리고 본 발명에 의한 입자층(30)에 있어서, 캡슐화되어 2차바인더로 고정되어 있는 연마입자는 실질적으로 고정입자(fixed abrasive)라고 할 수 있다. 그리고 고정입자의 바인더 성분이 용해되는 것에 의하여 고정입자는 유리입자(free abrasive)가 될 것이다. 따라서 전체적으로 균일화된 유리입자를 제공하는 것이 가능하게 된다.

또한 본 발명에 의하면, 연마입자가 전체적으로 균일하게 웨이퍼의 표면에서 연마작용을 수행하게 되기 때문에, 실질적으로 공급되는 케미컬의 양을 최소화할 수 있게 된다. 즉, 공급되는 케미컬에 의하여 고정입자에서 유리입자로 변하게 되면서, 거의 대부분이 유효 연마에 참여하게 되어, 실제 유효한 연마에 이용될 수 있는 양의 케미컬만을 공급하는 것이 가능하게 된다. 따라서 실제 소요되는 케미컬의 양을 최소화시킴과 동시에 균일한 연마가 가능하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면, 연마입자를 캡슐화하고 이를 패드의 경질층의 상부에 부착하는 것에 의하여 입자층을 형성한 것을 기본적인 기술적 사상으로 하고 있다. 이와 같은 본 발명이 속하는 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능함은 물론이고, 본 발명은 첨부한 특허청구의 범위에 의하여 해석되어야 할 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같은 본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있을 것이다.

입자층에서 고정입자 상태의 연마입자는, 케미컬의 공급에 의하여 유리입자화되면서, 웨이퍼의 연마면에 접촉하게 된다. 따라서 가공되는 웨이퍼는 전체적으로 균일하게 연마입자에 노출되게 되어 전체적으로 균일한 연마가 가능하게 된다. 즉 높은 평탄화 기능을 수행할 수 있게 되는 것이다. 또한 종래의 연마에 있어서 유리입자의 자유로운 운동으로 인하여 국부적으로 불균일한 연마가 발생하는 디싱 또는 에로젼과 같은 표면결함을 없앨 수 있는 장점을 기대할 수 있게 된다.

그리고 연마가공시 입자층에 균일하게 배치되어 있는 연마입자는 전체적으로 연마에 참여하게 되고, 따라서 종래의 것에 비하여 슬러리의 공급량을 최소화하면서도 최대의 연마효과를 기대할 수 있게 된다. 이러한 점은, 슬러리의 최소사용에 의한 경제적 측면은 물론이고, 환경적인 측면에서도 상당한 효과를 기대할 수 있게 될 것이다.

Claims (9)

1. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위하여, 일정성분의 케미컬이 반도체 웨이퍼와 패드 사이에 공급되면서 화학기계적 연마를 수행하는 패드로써:

   베이스층과;

   연마입자가 상기 케미컬에 의하여 용해될 수 있는 물질로 캡슐화된 상태로 상기 베이스층의 상면에 일정한 두께로 형성되는 입자층을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 패드.
2. 제1항에 있어서, 상기 베이스층은;

   하부의 연질층과, 상기 연질층의 상부에 형성되는 경질층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 패드.
3. 제1항에 있어서, 상기 베이스층은 폴리우레탄 발포층으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 패드.
4. 제1항에 있어서, 상기 입자층은 연마입자가 캡슐화된 상태에서, 상기 케미컬에 의하여 스웰링되는 물질에 의하여 베이스층의 상부에 도포된 층인 것을 특징으로 하는 화학기계적 연마용 패드.
5. 반도체 웨이퍼를 연마하기 위하여, 일정성분의 케미컬이 반도체 웨이퍼와 패드 사이에 공급되면서 화학기계적 연마를 수행하는 패드의 제조방법으로;

   연마입자의 외면을, 상기 케미컬에 의하여 용해되는 1차바인더로 코팅하여 캡슐화하는 캡슐화과정과;

   상기 캡슐화된 연마입자를 베이스층의 상면에 일정두께로 도포하는 입자층 도포과정; 그리고

   상기 도포된 입자층을 경화시키는 경화과정을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기계연마용 패드의 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 캡슐화과정은;

   1차바인더와, 상기 1차바인더를 녹이는 용재의 혼합액에 연마입자를 균일하게 분산시키는 과정과;

   상기 분산된 용액을 분사시키면서 용재를 증발시키는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 화학기계연마용 패드의 제조방법.
7. 삭제
8. 제5항에 있어서, 상기 입자층도포과정은, 캡슐화된 입자를 연마시 공급되는 케미컬에 의하여 스웰링되는 2차바인더를 이용하여 겔상태로 만들고, 이를 베이스층의 상부에 도포하는 과정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기계연마용 패드의 제조방법.
9. 제5항에 있어서, 상기 입자층도포과정은, 캡슐화된 입자를 연마시 공급되는 케미컬에 의하여 스웰링되는 2차바인더와, 특정 파장의 광에 의하여 경화되는 광개시제로 혼합하여 겔상태로 만들어서 베이스층 상에 도포하는 과정으로 구성되고;

   상기 경화과정은 상기 광개시제가 경화되는 특정 파장의 광을 조사하는 것으로 구성되는 것을 특징으로 하는 화학기계연마용 패드의 제조방법.