KR100426527B1 - 연마포용 드레서 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 높은 산성의 화학슬러리에 의해서도 다이아몬드 숫돌입자를 유지하는 결합재가 침해되지 않고, 금속의 용출에 의한 화학슬러리의 오염이나 다이아몬드 숫돌입자의 탈락을 발생시키지 않는 화학적 기계적 평면화 연마포용 드레서를 제공한다.
규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재(4)와 다이아몬드 숫돌입자(3)를 혼합하고, 성형, 소결함으로써, 드레싱면(2a)을 구성하는 소결체(2)를 얻는다. 이 소결체의 다이아몬드 숫돌입자(3)의 표면에는 결합재(4) 속의 규소와 다이아몬드와의 반응소결에 의해 생성된 탄화물막(5)이 형성되고, 그것에 의해 상기 소결체에 있어서의 다이아몬드 숫돌입자와 결합재가 강고히 결합되어, 화학슬러리에 의해서도 결합재가 침해되지 않고 화학슬러리의 오염이나 다이아몬드 숫돌입자의 탈락을 발생시키지 않는다.
Description
본 발명은 화학적 기계적 평면화 연마(Chemical and Mechanical Polishing : 이하, CMP로 약칭하여 기재한다.)의 공정에서 연마포의 로딩(loading)이나 이물제거를 행할 때에 사용하는 CMP연마포용 드레서 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 집적회로 등의 집적도가 높은 전자회로를 제조하는 과정에 있어서, 기판이나 웨이퍼 표면상에 형성된 도전체층, 그 도전체층 및 절연막층이 높은 융기나 결정격자결함, 긁힘 상처 및 거칠기 등의 표면결함을 제거하기 위하여 CMP가공이 이용된다. CMP가공에 있어서는, 웨이퍼가 원반형상의 정반(surface plate)에 붙인 발포 폴리우레탄 등으로 이루어지는 연마포상에 소정의 하중으로 눌려지고, 화학슬러리로 불리워지는 연마액을 공급하면서 웨이퍼와 연마포의 양쪽을 회전시킴으로써 연마된다. 화학슬러리는 산화철, 탄산바륨, 산화세륨, 콜로이드실리카 등의 연마입자를 수산화칼륨, 묽은 염산, 과산화수소수, 초산철 등의 연마액에 현탁시킨 것이 이용되어, 보다 큰 연마속도 및 웨이퍼상의 상기 각 층간의 높은 선택성을 주고 있다.
CMP가공은, 여러 가지 전자회로를 적층하는 과정에서 몇번이고 반복되기 때문에, CMP가공 회수의 증가에 따라 연마입자나 연마부스러기 등이 연마포의 미세한 구멍에 들어가서 로딩을 일으켜 연마속도가 저하된다. 이 때문에, 연마포의 표면을 재생하여 연마속도를 회복시키는 이른바 드레싱이라 불리우는 조작을 항상 혹은 정기적으로 행할 필요가 있고, 이와 같은 조작에는 CMP연마포용 드레서라 불리우는 공구가 사용된다.
다이아몬드 숫돌입자는 우수한 드레싱 재료이기 때문에, 다이아몬드 숫돌입자를 이용한 CMP연마포용 드레서가 검토되고, 예를 들면 다이아몬드 숫돌입자를 스테인레스강 위에 니켈도금 전착(電着)하는 방법이 제안되어 있다. 또, 일본국 특개평 10-12579호 공보에는 금속땜납재를 이용하여 다이아몬드 숫돌입자를 스테인레스강 위에 납땜하는 방법이 제안되어 있다.
그러나, 높은 산성의 화학슬러리에 의해서 이들 니켈도금재 및 금속땜납재가 용출하여, 화학슬러리가 오염됨과 아울러 다이아몬드 숫돌입자가 탈락하고, CMP가공중에 웨이퍼 표면에 긁힘 상처를 발생시킬 위험이 있다. 이 때문에, 높은 산성의 화학슬러리를 이용한 CMP가공에 있어서, 금속의 용출이나 다이아몬드 숫돌입자가 탈락할 위험이 없는 CMP연마포용 드레서가 요망되고 있다.
본 발명은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 이루어진 것으로, 그 기술적 과제는 집적회로 등의 집적도가 높은 전자회로용재의 CMP가공에 있어서, 높은 산성의 화학슬러리에 의해서도 다이아몬드 숫돌입자를 유지하는 결합재가 침해될 위험이 없고, 금속의 용출에 의한 화학슬러리의 오염이나 다이아몬드 숫돌입자의 탈락을 발생시키지 않는 CMP연마포용 드레서 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 다른 기술적 과제는, 간단한 수단에 의해서 얻어지도록 한, 상기 화학슬러리에 의해 결합재가 침해될 위험이 없는 연마포용 드레서 및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
도 1은 본 발명에 관한 연마포용 드레서의 실시예를 나타낸 사시도,
도 2는 상기 드레서의 회전중심에 평행한 평면으로 절단한 요부단면도,
도 3은 본 발명의 실시에 1의 연마포용 드레서 및 비교예의 산성내구시험 결과를 나타내는 그래프,
도 4는 본 발명의 실시예 1의 연마포용 드레서 및 드레싱 전의 표면을 관찰한 도면대용 광학현미경사진,
도 5는 실시예 1의 연마포용 드레서에 있어서의 도 4와 동일위치의 드레싱 후의 표면을 관찰한 도면대용 광학현미경사진,
도 6은 본 발명의 실시예 2의 연마포용 드레서의 산성내구시험 결과를 나타낸 그래프이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명에 관한 제1연마포용 드레서는, 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써 얻어진 소결체에 의해 드레싱면이 구성되고, 상기 다이아몬드 숫돌입자의 표면에는 결합재중의 규소와 다이아몬드의 반응소결에 의해 생성된 탄화물막을 구비하고, 그것에 의해 상기 소결체에 있어서의 다이아몬드 숫돌입자와 결합재를 강고히 결합한 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 제2연마포용 드레서는, 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와, 주기율표 Ⅳ, Ⅴ또는 Ⅵ족 금속의 탄화물막 코팅처리가 실시되어 있는 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써 얻어진 소결체에 의해 드레싱면이 구성되고, 상기 탄화물막에 의해 상기 소결체에 있어서의 다이아몬드 숫돌입자와 결합재를 강고히 결합한 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 연마포용 드레서에 있어서는, 소결체를 대반(臺盤)의 표면에 접착하고, 그 드레싱면에 대한 평면화 및 날을 세우는 가공에 의해서 소정의 치수로 마무리함과 아울러 다이아몬드 숫돌입자를 돌출시킬 수 있다.
한편, 상기 본 발명에 관한 제1연마포용 드레서의 제조방법은, 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써 상기 다이아몬드 숫돌입자의 표면에 그 다이아몬드와 결합재중의 규소와의 반응소결에 의한 탄화물막을 생성시키고, 그 탄화물막에 의해 상기 다이아몬드 숫돌입자와 결합재를 강고히 결합한 드레싱용의 소결체를 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.
또, 본 발명에 관한 제2연마포용 드레서의 제조방법은, 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와, 주기율표 Ⅳ, Ⅴ또는 Ⅵ족 금속의 탄화물막 코팅처리가 실시되어 있는 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써, 상기 탄화물막에 의해 상기 다이아몬드 숫돌입자와 결합재를 강고히 결합한 드레싱용 소결체를 얻는 것을 특징으로 하는 것이다.
상기 구성을 갖는 연마포용 드레서 및 그 제조방법에 의하면, 집적회로 등의 집적도가 높은 전자회로용재의 CMP가공에 있어서, 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재가 초산으로 대표되는 산성액 속에 있어서 우수한 내산성을 나타내기 때문에, 결합재의 용출에 의한 연마액의 오염이 없고, CMP가공후의 웨이퍼의 세정공정도 간략화 할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 상기 화학슬러리에 의해 결합재가 침해될 위험이 없는 연마포용 드레서 및 그 제조방법을 간단한 방법에 의해서 얻을 수 있다.
본 발명에 관한 CMP연마포용 드레서는, 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와, 다이아몬드 숫돌입자 혹은 주기율표 Ⅳ, Ⅴ또는 Ⅵ로 표시되어 있는 금속에 의해서 생성되는 탄화물막 코팅처리가 실시되어 있는 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써 얻어진 소결체에 의해 드레싱면이 구성되고, 구체적으로는 상기 소결체를 금속, 세라믹 혹은 플라스틱 등으로 이루어지는 대반의 표면에 접착한 후, 그 드레싱면에 대한 평면화 및 날을 세우는 가공에 의해서 소정의 치수로 마무리함과 아울러 다이아몬드 숫돌입자를 돌출시킴으로써 구성된다.
규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써 소결체를 얻는 경우에는, 그 소결에 있어서 다이아몬드 숫돌입자의 표면에 결합재중의 규소와 다이아몬드와의 반응소결에 의해 생성된 탄화물막이 형성되고, 그것에 의해 상기 소결체에 있어서의 다이아몬드 숫돌입자와결합재가 강고히 결합된다.
도면을 참조하여 설명하면, 도 1 및 도 2는 본 발명에 관한 CMP연마포용 드레서의 실시예를 나타내고, 도 1은 그 드레서의 전체적인 구성을, 도 2는 도 1의 드레서를 회전중심축을 통과하는 평면으로 절단한 단면을 나타내고 있다.
이 실시예의 CMP연마포용 드레서는 금속, 세라믹 혹은 플라스틱 등으로 이루어지는 컵형의 대반(1) 주위의 작용면(1a)에 전술한 소결체(2)의 다수가 접착되어 있다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 이 소결체(2)에 있어서의 다이아몬드 숫돌입자(3)는 그 표면에 탄화물막(5)이 생성되고, 이 탄화물막(5)에 의해서 다이아몬드 숫돌입자(3)와 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재(4)가 강고히 결합되어 있다.
상기 탄화물막(5)은 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재(4)와 다이아몬드 숫돌입자(3)를 혼합하고, 성형, 소결하는 경우에는, 결합재(4)중의 규소와 다이아몬드 숫돌입자(3)의 반응소결에 의해서 그 다이아몬드 숫돌입자의 표면에 생성되는 것이다. 또, 상기 탄화물막(5)은 다이아몬드 숫돌입자(3)의 표면에 미리 주기율표 Ⅳ, Ⅴ또는 Ⅵ족으로 표시되어 있는 금속의 탄화물막(5)의 코팅처리를 실시함으로써 형성하는 것도 가능하다.
상기 소결체(2)에 있어서 사용하는 다이아몬드 숫돌입자(3)의 입도(粒度)로는 특별히 제한은 없지만, 일반적으로는 JIS B4130으로 규정하는 입도 #325/#400∼#300/#40의 숫돌입자인 것이 바람직하다. 다이아몬드 숫돌입자의 입자직경이 #325/#400 미만이면, 다이아몬드 숫돌입자의 드레싱면으로부터의 돌출 양이 적어 충분한 CMP연마포의 드레싱이 불가능하거나, 드레싱 스피드가 느리게 될 위험이 있다. 다이아몬드 숫돌입자의 입자직경이 #30/#40을 넘으면, 드레싱 시에 CMP연마포가 조면화되거나, 연마포의 제거속도가 극단적으로 빨라 사용에 견딜수 없게 될 위험이 있다.
결합재(4)로서, 적어도 그 일부에 규소합금을 이용하는 경우에는 규소성분을 15중량% 이상 함유하는 것이 바람직하고, 합금금속으로서는 주기율표 Ⅳ, Ⅴ또는 Ⅵ족으로 표시되어 있는 금속을 사용하는 것이 가능하지만, 특히, 티탄, 크롬, 탄탈, 텅스텐, 몰리브덴 등을 적절히 사용할 수 있다. 상기 규소성분이 15중량% 미만이면, 얻어진 소결체(2)의 내산성이 불충분하게 될 위험이 있다.
본 발명에 있어서 이용할 수 있는 소결법으로서는, 흑연형에 의한 통상의 고온프레스(hot press), 통전가압소결, 방전가압소결, 열간정수압소결(HIP), 초고압장치에 의한 소결 등을 비롯, 수많은 방법이 있지만, 본 발명에 있어서의 소결은 특정의 소결법 등으로 한정되는 것은 아니고, 적절한 소결법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
또, 다이아몬드 숫돌입자(3)로의 탄화물막(5)의 코팅법으로서는, PVD법, CVD법, 도금법, 용융염욕을 이용하는 침지법 등이 있지만, 바람직한 방법을 적절히 선택하여 이용할 수 있다.
상기 소결체(2)를 드레서로서 사용할 때에는, 도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 그것을 접착제(6)에 의해서 대반(1) 주위의 작용면(1a)에 고정한 후, 그 드레싱면(2a)에 대한 평면화 및 날세우기 가공에 의해서 소정의 치수로 마무리함과아울러, 다이아몬드 숫돌입자를 드레싱에 적합하도록 돌출시킨다.
이와 같이 하여 구성된 본 발명의 CMP연마포용 드레서는 결합재에 내산성의 규소 및 규소합금을 이용하고 있기 때문에, 강한 산성의 화학슬러리를 이용한 경우에도 금속의 용출 및 다이아몬드 숫돌입자의 탈락이 없다. 그 때문에 CMP가공후의 웨이퍼 세정공정을 간략화 할 수 있고, 드레싱면(2a)에서의 다이아몬드 숫돌입자의 탈락에 의한 작업면의 스크래치(scratched) 상처를 회피할 수 있다.
이하에 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 의해 하등 제한되는 것은 아니다.
실시예
[실시예 1]
입도 #100/#120의 다이아몬드 숫돌입자와, 중량비로 1:1의 티탄 - 규소 합금분말을 체적비 1:3이 되도록 혼합하고, 얻어진 혼합분말을 흑연형에 충전하여 소결온도 1200℃, 압력 50Mpa로 1시간 고온프레스 소결하였다. 얻어진 소결체는 스테인레스강(SUS316)제의 대반(도 1 참조)상에 에폭시수지로 접착한 후, 소결체의 드레싱면을 입도 #240의 GC연삭지석을 이용하여 소결체 두께 및 매트릭스로부터의 다이아몬드 숫돌입자의 돌출 높이가 각각 2㎜, 50㎛가 되도록 평면화 및 날세우기 가공하여 드레서로 하였다.
제작한 드레서에 대하여 다음의 산성 내구시험 및 숫돌입자 탈락 내구시험을 행하였다.
산성 내구시험은 잘라낸 소결체를 500㎖의 10중량% 초산수용액 속에 100시간침지하고, 소결체의 중량변화를 전자천칭(측정감도 1㎎)을 사용하여 측정하였다. 도 3에 침지시간(횡축)에 대한 측정한 소결체의 중량변화율(종축)을 나타낸다. 도면으로부터 소결체의 중량감소는 없고, 양호한 내산성을 나타낸 것을 알 수 있다.
또한, 비교를 위해 입도 #100/#120의 다이아몬드 숫돌입자를 Ni 전기주형(electroforming)한 시료에 대하여 동일의 산성 내성시험을 실시하였더니, 30시간 후의 중량변화율은 4.0%이었다.
또, 탈락 내구시험에서는 제작한 드레서를 발포 우레탄제의 CMP연마포의 표면에 면압 20㎪로 누르고, 입도 #4000의 알루미나 숫돌입자를 2중량% 포함한 순수 슬러리를 매분 약 12㎖ 유포하면서 100시간의 연속드레싱을 행하였다. 다이아몬드 숫돌입자의 탈락 및 돌출 높이의 변화는 드레싱 전후에, 드레서상의 4곳에서 그 표면을 광학현미경으로 관찰하여 조사하였다. 도 4 및 도 5는 각각 드레싱 전 및 드레싱 후의 관찰결과 예를 나타낸 것이다. 이들의 도면(사진)에 의하면, 드레싱 전후에서 다이아몬드 숫돌입자의 탈락은 관찰되지 않고, 또한 측정한 다이아몬드 숫돌입자의 돌출 높이의 변화는 없으며, 양호한 숫돌입자유지 내구성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
CVD법에 의해 탄화티탄을 약 2㎛ 코팅한 입도 #100/#120의 다이아몬드 숫돌입자와, 중량비로 1:1의 티탄-규소 합금분말을 체적비로 1:3이 되도록 혼합하고, 얻어진 혼합분말을 흑연형에 충전하여, 소성온도 1200℃, 압력 50㎫로 1시간, 고온프레스 소결하였다. 얻어진 소결체는 스테인레스강(SU316)제의 대반(1) 상에 에폭시수지로 접착한 후, 소결체의 드레싱면을 입도 #240의 GC 연삭지석을 사용하여 소결체 두께 및 매트릭스로부터의 다이아몬드 숫돌입자의 돌출 높이가, 각각 2㎜, 50㎛가 되도록 평면화 및 날을 세워 가공하고 드레서로 하였다.
제작한 드레서에 대해서는 실시예 1과 동일조건으로 산성 내구시험 및 숫돌입자 탈락 내구시험을 행하였다.
내산(耐酸) 내구시험의 결과를 도 6에 나타낸다. 동 도면은 침지시간(횡축)에 대한 측정한 소결체의 중량변화율(종축)을 나타낸 것으로, 동 도면에 의해 소결체의 중량감소는 없고 양호한 내산성을 나타내는 것을 알 수 있다. 또, 실시예 1과 같이, 탈락 내구시험에 있어서, 다이아몬드 숫돌입자의 탈락 및 돌출 높이의 변화를, 드레싱 전후에 드레서상의 4곳에서 광학현미경에 의해 관찰하였지만, 마찬가지로 드레싱 전후에서 다이아몬드 숫돌입자의 탈락은 관찰되지 않고, 측정한 다이아몬드 숫돌입자의 돌출 높이의 변화도 없으며, 양호한 숫돌입자유지 내구성을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
이상 기술한 본 발명의 CMP연마포용 드레서에 의하면, 연마액(화학슬러리)에 의한 강한 산성 조건하에서의 CMP가공에 사용하여도 결합재로부터 금속이 용출하거나 다이아몬드 숫돌입자가 탈락할 위험이 없어 안정되게 드레싱을 행할 수 있고, 또한, 본 발명의 제조방법에 의하면 간단한 방법에 의해서 상기 CMP연마포용 드레서를 얻을 수 있다.
Claims (5)
- 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써 얻어진 소결체에 의해 드레싱면이 구성되고, 상기 다이아몬드 숫돌입자의 표면에는 결합재중의 규소와 다이아몬드의 반응소결에 의해 생성된 탄화물막을 구비하고, 그것에 의해 상기 소결체에 있어서의 다이아몬드 숫돌입자와 결합재가 강고히 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마포용 드레서.
- 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와, 주기율표 Ⅳ, Ⅴ또는 Ⅵ족 금속의 탄화물막 코팅처리가 실시되어 있는 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써 얻어진 소결체에 의해 드레싱면이 구성되고, 상기 탄화물막에 의해 상기 소결체에 있어서의 다이아몬드 숫돌입자와 결합재가 강고히 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 연마포용 드레서.
- 제1항 또는 제2항에 기재된 소결체를 대반의 표면에 접착하고, 그 드레싱면에 대한 평면화 및 날세우기 가공에 의해서 소정의 치수로 마무리함과 아울러 다이아몬드 숫돌입자를 돌출시킨 것을 특징으로 하는 연마포용 드레서.
- 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써, 상기 다이아몬드 숫돌입자의 표면에 그 다이아몬드와 결합재중의 규소의 반응소결에 의한 탄화물막을 생성시키고, 그 탄화물막에 의해 상기 다이아몬드 숫돌입자와 결합재를 강고히 결합한 드레싱용 소결체를 얻는 것을 특징으로 하는 연마포용 드레서의 제조방법.
- 규소 및/또는 규소합금으로 이루어지는 결합재와, 주기율표 Ⅳ, Ⅴ또는 Ⅵ족 금속의 탄화물막 코팅처리가 실시되어 있는 다이아몬드 숫돌입자를 혼합하고, 성형, 소결함으로써, 상기 탄화물막에 의해 상기 다이아몬드 숫돌입자와 결합재를 강고히 결합한 드레싱용의 소결체를 얻는 것을 특징으로 하는 연마포용 드레서의 제조방법.
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Legal Events
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
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