KR100422603B1 - 연마패드및그제조방법 - Google Patents

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KR100422603B1 KR10-1998-0701235A KR19980701235A KR100422603B1 KR 100422603 B1 KR100422603 B1 KR 100422603B1 KR 19980701235 A KR19980701235 A KR 19980701235A KR 100422603 B1 KR100422603 B1 KR 100422603B1
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Abstract

실리콘 웨이퍼가 연마될 때에 웨이퍼의 표면 상태의 광학적 검출의 사용이 가능한 실리콘 웨이퍼의 연마용 장치에 패드가 설치된다. 이것은 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않고 광학적 방법에 의해 웨이퍼 표면 상태를 검출하기 위해 사용되는 광빔에 대해 투명한 경질 균일 폴리머 시트로 패드의 전체 또는 일부를 형성함으로써 달성된다. 이러한 패드의 형성을 위해 190 내지 3500나노미터 범위내의 파장을 갖는 광에 대해 투명한 폴리머가 적합하다.

Description

연마 패드 및 그 제조 방법
다층 집적 회로의 제조 중에 반도체 웨이퍼 형태로 집적 회로 구조의 평탄화를 실행하는 것이 바람직하다. 평탄화는 매우 정밀해야 하고, 소정 평면으로부터 미크론 단위로 조금씩 변화하는 웨이퍼 표면을 제공해야 한다. 이것은 통상 연마 패드가 부착되는 주로 원형인 회전판과, 웨이퍼를 연마 패드 상으로 평탄하게 가압하는 웨이퍼 캐리어, 및 연마 패드에 화학 약품 또는 연마제를 슬러리(slurry) 형태로 공급하는 수단을 포함하는 대부분의 장치 상에서 CMP, 즉 화학-기계적 연마(chemical-mechanical polishing)에 의해 달성된다. 얇고 평탄한 반도체 웨이퍼들을 연마하는 장치는 본 기술분야에 공지되어 있다. 이와 같은 평탄화 장치는 IPEC Planar, Strausbaugh Manufacturing 및 SpeedFam Corporation 등에 의해 제조된다. 이러한 장치 상에서 반도체 웨이퍼를 평탄화할 때에 부딪히는 특별한 문제는웨이퍼가 원하는 평탄도(flatness)로 연마되었는지를 측정하는 것이다. 본 기술분야에 개시된 대부분의 종점 검출 방법은 상부층이 제거될 때에 웨이퍼 표면 구조의 변화에 의존한다. 따라서, 평탄도는 측정되는 것이 아니라, 단지 상부층의 제거에 대해 2차적으로 고려된다. 미국 특허 제5,036,015호에는 종점을 지시하는 연마 패드와 웨이퍼간의 마찰에 있어서의 변화를 개시하고 있다. 미국 특허 제5,240,552호에서는, 웨이퍼의 두께는 반사된 음파의 분석에 의해 측정되고 있다. 미국 특허 제5,337,015호는 전기적으로 접지된 연마 테이블과 연마 패드 아래에 위치한 특수한 전극들을 개시하고 있고, 도전성 슬러리의 사용은 절연층 두께를 측정할 수 있도록 한다. 현장 두께 측정을 위한 이러한 장치들은 매우 복잡하고 특정 전기 회로에 의존하여 작업을 실행한다. 종종, 복잡한 현장법을 사용하는 대신에, 연마 장치로부터 웨이퍼들을 제거하고, 산화막 두께를 측정하는 분광 장치가 사용되어 평탄도가 측정된다. 일반적으로, 소정의 종점(expected end point)에 도달하기 전에 웨이퍼가 연마 작업으로부터 제거되어 과도한 연마가 발생되지 않도록 한다. 그런 다음에 웨이퍼는 소망의 종점까지 연마하기 위해 연마기에 재삽입된다.
미국 특허 제5,081,796호는 연마기상에서 연마 패드의 에지를 지나서 웨이퍼를 운송하는 것에 의해 레이저 간섭계(interferometry)와 같은 산화층을 신속하게 측정하는 방법이 웨이퍼의 하부에서 사용될 수 있는 웨이퍼 운송용 방법 및 장치를 개시하고 있다. 이 방법은 소정 시간에 웨이퍼의 일부를 연마 공정으로부터 제거하므로 웨이퍼가 항상 균일하게 연마 처리되지 않는다는 단점을 갖는다. 이것은 또한 미국 특허 제5,413,941호에 개시된 반도체 평탄화 연마 공정에서의 광학적 종점 검출 방법에 대해서도 해당된다. 웨이퍼가 전체 연마 상태에 계속 있는 동안 이와 같은 레이저 광 측정이 사용될 수 있는 장치를 갖는 것이 매우 바람직하다.
본 발명은 글래스, 반도체, 절연체/금속 합성물, 및 집적 회로와 같은 물품들 상에 평활한 초평탄(ultra-flat) 표면을 형성하기 위해 사용되는 연마 패드에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 이와 같은 패드의 벌크(bulk) 구조 및 연마 또는 평탄화 공정 중에 광학적 현장(in-sitr) 종점(end point) 검출을 가능하게 하는 능력에 관한 것이다.
실리콘 웨이퍼가 연마되고 있을 때에 웨이퍼 표면 상태의 광학적 검출을 사용할 수 있는 실리콘 웨이퍼의 연마용 장치에 사용되기 위한 패드가 제공된다. 이것은 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않고 광학적 방법에 의해 웨이퍼 표면 상태를 검출하기 위해 사용되는 광빔에 대해 투명한 경질 균일 폴리머시트로 패드 전체 또는 그 일부를 구성함으로써 달성된다. 190 내지 3500 나노미터 범위내의 파장을 갖는 광에 대해 투명한 폴리머가 이들 패드들의 구조에 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 연마 패드를 제조하기 위한 방법은 투명한 폴리머의 플러그를 주조하고, 경화시 불투명한 액체 폴리머를 함유하는 몰드에 플러그를 도입하며, 주조물을 형성하기 위해 액체 폴리머를 경화하고, 경화 주조물로부터 투명 창을 갖는 연마 패드들을 슬라이싱하는 것에 의해 연마 패드가 제조된다.
현재 경질 균일 폴리머 시트로 이루어진 실리콘 웨이퍼의 연마에 사용되는 연마 패드가 있다. 이들은 본 명세서에서 그 일부를 참조한 미국 특허 제5,489,233호에 기재되어 있다. 경질 균일 폴리머 시트는 슬러리 입자를 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 가지고 있지 않다. 슬러리 입자를 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력은 경질 균일 폴리머 시트로 이루어지는 연마 패드의 벌크 특성을 종래 기술의 연마 패드의 벌크 특성과 구별하는 것이다. 모든 종래 기술의 연마 패드들은 섬유로 구성되고, 제조 중에 미소 기구(microballoons)나 공기 주입으로 채워지거나, 또는 연마제로 채워지는 작은 구멍을 포함하는 벌크 구조를 갖는다. 종래 기술의 패드들이 경질 폴리머로 이루어질지라도, 그들은 균일한 구조가 아니고 그들 상에 직사된 임의의 광선을 심하게 산란하기 때문에, 광선에 대해 불투명한 벌크 구조를 갖는다. 본 발명에 사용되는 폴리머 시트의 표면에는 경질 균일 시트를 우수한 연마 패드로 변형시키는 마이크로그루브(macrogroove) 및 미크로그루브(microgroove)가 제공될 수 있다. 참고 자료인 미국 특허 제5,489,233호에 개시된 바와 같이, 이와 같은 패드는 폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론, 및 폴리에스테르를 포함하는 임의의 경질 균일 폴리머로 이루어질 수 있다. 이들 모두가 190 내지 3500 나모미터 범위내의 파장을 갖는 광에 대해 투명한 폴리머로 이루어질 수 있기 때문에, 간섭계와 같은 광학적 방법을 사용하여 현장 종점 검출이 가능한 패드를 만들 수 있다.
투명한 패드는 주조(casting) 및 압출 성형(extrusion)과 같은 폴리머 시트 제조 분야의 당업자에게 공지된 임의의 방법으로 제조될 수 있다. 폴리머는 주조 또는 압출 성형과 같은 공정에 의해 유동하고 그런 다음에 성형되는 온도로 가열되는 열가소성 재료일 수 있다. 패드 재료는 반응 성분들이 함께 혼합되어 몰드내에 혼합물이 경화하는 온도로 가열되는 열경화성 폴리머일 수도 있다. 주조물인 시트가 소망의 두께에 일치한다면, 연마 동작을 위해 사용될 수 있다. 대안적으로, 패드 시트는 주조물인 폴리머로부터 슬라이스(slice)될 수도 있다.
불투명한 패드내에 단지 투명한 창을 갖기 원한다면, 가능한 제조 방법은 투명한 폴리머의 로드(rod) 또는 플러그(plug)를 주조하는 것이다. 그런 다음에, 이 주조물은 불투명 폴리머가 아직 액체일 때에 투명 플러그와 불투명 폴리머 사이에서 완전히 접촉하는 것을 확인하면서 그 몰드내에 불투명 폴리머를 삽입할 수 있다. 불투명 폴리머가 경화된 후에 몰드로부터 꺼내지고, 투명 창(window)을 갖는 패드용 시트가 주조물로부터 슬라이스될 수 있다.
미국 특허 제5,489,233호에 개시된 바와 같이, 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 폴리머 시트로 이루어진 집적 회로 웨이퍼의 화학-기계적 연마용 패드는 사용시 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 모두포함하는 표면 조직 또는 패턴을 가져야만 한다. 따라서, 연마 패드의 투명한 부분을 통해서 현장 광학 측정을 행할 때, 이들 유동 채널내에서 소량의 슬러리로 인한 어떤 간섭이 존재할 것이다. 이 간섭은 보상될 수 있다. 유동 채널내의 슬러리가 비교적 일정하기 때문에, 그 효과는 웨이퍼 표면의 변화를 측정하는 신호로부터 제거될 수 있다.
집적 회로 웨이퍼의 화학-기계적 연마에 현재 사용되고 있는 임의 형태의 연마 패드에 창을 삽입하는 것도 가능하다. 이런 형태의 패드의 예로서는 우레탄 함침 폴리에스테르 펠트(urethane impregnated polyester felts), 델라웨어, 뉴워크 소재의 로델사에 의해 폴리텍스(Politex)로 판매되는 유형의 미세다공성 우레탄 패드(microporous urethane pads), 및 델라웨어, 뉴워크 소재의 로델사에 의해 제조된 IC-시리즈 및 MH-시리즈 연마 패드와 같은 채워진(filled) 및/또는 공기주입된(blown) 합성 우레탄이 있다. 이와 같은 패드들은 슬러리 입자를 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 이루어지지 않는다. 그들은 자체 구멍을 갖는다는 특성에 의해 본질적으로 슬러리를 운송할 수 있다. 이들 패드들중 임의의 패드를 통해서 구멍이 뚫릴 수 있고, 거기에 경질 투명 폴리머의 플러그가 광학적 종점 검출을 위한 창으로 작용하도록 삽입된다. 경질 폴리머 플러그의 표면은 연마 활동이 연마 패드 전체에 걸쳐서 거의 균일하도록 미국 특허 제5,489,233호에 기술된 바와 같은 표면 조직 또는 패턴을 갖는 것이 가장양호하다.
상술한 폴리머(폴리우레탄, 아크릴, 폴리카보네이트, 나일론 및 폴리에스테르)에 부가하여, 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chlorides), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluorides), 폴리에테르 설폰(polyether sulfones), 폴리스티렌(polystyrens), 폴리에틸렌(polyethylenes), 및 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylenes)으로 투명 창을 만드는 것도 가능하다. 이와 같은 창은 폴리머를 주조하거나 압출 성형한 후에, 그 폴리머를 소망하는 크기 및 두께로 절단함으로써 형성될 수 있다.

Claims (8)

  1. 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 적어도 일부분을 갖고, 상기 폴리머 시트는 190 내지 3500 나노미터 범위내의 파장을 갖는 광에 대해 투명한, 집적 회로 웨이퍼들을 연마하기 위해 사용되는 연마 패드로서,
    상기 패드는 광에 대해 투명한 상기 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 제 1 부분과 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 부분은 표면 전체에 걸쳐서 입자들을 함유하는 연마 슬러리의 운송을 허용하는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 모두 포함하는 표면 조직 또는 패턴을 갖는 표면을 구비하며, 상기 표면 조직은 상기 경질 균일 폴리머 시트의 상기 표면상에서 외부 수단에 의해서만 제조되는 연마 패드.
  2. 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 적어도 일부분을 갖고, 상기 폴리머 시트는 190 내지 3500 나노미터 범위내의 파장을 갖는 광에 대해 투명한, 집적 회로 웨이퍼들을 연마하기 위해 사용되는 연마 패드로서,
    상기 경질 균일 폴리머 시트는 표면 전체에 걸쳐서 입자들을 함유하는 연마 슬러리의 운송을 허용하는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 모두 포함하는 표면조직 또는 패턴을 갖는 표면을 구비하고, 상기 표면 조직 또는 패턴은 상기 경질 균일 폴리머 시트의 상기 표면상에서 외부 수단에 의해서만 제조되며,
    상기 패드는 광에 대해 투명한 상기 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 제 1 부분과 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 제 2 부분을 포함하고, 상기 제 2 부분은 표면 전체에 걸쳐서 입자들을 함유하는 연마 슬러리의 운송을 허용하는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 모두 포함하는 표면 조직 또는 패턴을 갖는 표면을 구비하며, 상기 표면 조직은 상기 경질 균일 폴리머 시트의 상기 표면상에서 외부 수단에 의해서만 제조되는 연마 패드.
  3. 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 제 1 부분을 갖고, 상기 폴리머 시트는 190 내지 3500 나노미터 범위내의 파장을 갖는 광에 대해 투명한, 집적 회로 웨이퍼들을 연마하기 위해 사용되는 패드를 제조하기 위한 방법으로서,
    a) 상기 투명한 폴리머의 플러그를 주조하는 단계와,
    b) 경화시 불투명한 액체 폴리머를 함유하는 몰드에 상기 플러그를 도입하는 단계와,
    c) 주조물을 형성하기 위해 상기 액체 폴리머를 경화하는 단계, 및
    d) 상기 경화 주조물로부터 투명 창을 갖는 연마 패드들을 슬라이싱하는 단계를 포함하는 연마 패드 제조 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 경질 균일 폴리머 시트에 표면 전체에 걸쳐서 입자들을 함유하는 연마 슬러리의 운송을 허용하는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 모두 포함하는 표면 조직 또는 패턴을 갖는 표면을 제공하는 단계를 부가로 포함하고, 상기 표면 조직 또는 패턴은 상기 경질 균일 폴리머 시트의 상기 표면상에서 외부 수단에 의해서만 제조되는 연마 패드 제조 방법.
  5. 제 3 항에 있어서, 상기 슬라이싱 단계는 미세다공성(microporous) 폴리우레탄 구조로 구성되는 제 2 부분을 포함하는 연마 패드들을 형성하는 연마 패드 제조 방법.
  6. 제 3 항에 있어서, 상기 슬라이싱 단계는 채워진 또는 공기 주입된 합성 우레탄 구조로 구성되는 제 2 부분을 포함하는 연마 패드들을 형성하는 연마 패드 제조 방법.
  7. 제 3 항에 있어서, 상기 슬라이싱 단계는 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 제 2 부분을 포함하는 연마 패드들을 형성하고, 상기 제 2 부분은 표면 전체에 걸쳐서 입자들을 함유하는 연마 슬러리의 운송을 허용하는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 모두 포함하는 표면 조직 또는 패턴을 갖는 표면을 구비하고, 상기 표면 조직은상기 경질 균일 폴리머 시트의 상기 표면상에서 외부 수단에 의해서만 제조되는 연마 패드 제조 방법.
  8. 제 4 항에 있어서, 상기 슬라이싱 단계는 슬러리 입자들을 흡수하거나 운송하기 위한 본질적인 능력을 갖지 않는 경질 균일 폴리머 시트로 구성되는 제 2 부분을 포함하는 연마 패드들을 형성하고, 상기 제 2 부분은 표면 전체에 걸쳐서 입자들을 함유하는 연마 슬러리의 운송을 허용하는 대형 유동 채널과 소형 유동 채널을 모두 포함하는 표면 조직 또는 패턴을 갖는 표면을 구비하는 연마 패드 제조 방법.
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