KR100574311B1 - 연마 패드 - Google Patents

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KR100574311B1
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구니야스 시로
가즈히꼬 하시사까
데쯔오 오까
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Abstract

본 발명은, 마이크로 고무 A 경도가 80 이상이고, 평균 기포 직경이 1000 ㎛ 이하의 독립 기포를 가지고, 또한 밀도가 0.4 내지 1.1의 범위에 있고 폴리우레탄과 비닐 화합물로 중합되는 중합체가 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드에 관한 것이다. 본원 발명에 관한 연마 패드는 반도체 기판의 국소적 요철의 평탄화를 함에 있어서, 연마 속도가 높고, 글로벌 단차가 작고, 금속 배선에서의 디싱이 발생되기 어렵고, 눈 막힘이나 표층 부분의 굴곡이 생기기 어렵고 연마 속도가 안정적이다.
연마 패드, 연마, 반도체, 폴리우레탄, 비닐 화합물

Description

연마 패드 {Polishing Pad}
본 발명은 연마용 패드 및 이를 사용하여 반도체 기판을 연마하는 방법에 관한 것이다. 또한 실리콘 등 반도체 기판상에 형성되는 절연층의 표면이나 금속 배선의 표면을 기계적으로 평탄화하기 위한 연마 패드에 관한 것이다.
반도체 메모리로 대표되는 대규모 집적 회로 (LSI)는 해마다 집적화가 진행되며, 그에 따라 대규모 집적 회로도 배선폭이 가늘어져 적층수도 증가되고 있다. 그 적층수의 증가에 의해, 종래는 문제가 되지 않았던 적층함으로써 생기는 반도체 웨이퍼 주면의 요철이 문제가 되고 있다. 그 결과, 예를 들면 일경(日經) 마이크로디바이스 1994년 7월호 50 내지 57면에 기재된 바와 같이, 적층함으로써 생기는 요철에 기인하는 노광시의 초점 심도 부족을 보충할 목적으로, 또는 관통 구멍부(throughhole)의 평탄화에 의한 배선 밀도를 향상시키는 목적으로 화학적 기계 연마 (CMP Chemical Mechanical Polishing) 기술을 이용한 반도체 웨이퍼의 평탄화가 검토되고 있다.
일반적으로 CMP 장치는, 피처리물인 반도체 웨이퍼를 유지하는 연마 헤드, 피처리물의 연마 처리를 하기 위한 연마 패드, 상기 연마 패드를 유지하는 연마 정반으로 구성되어 있다. 그리고, 반도체 웨이퍼의 연마 처리는 지립(砥粒)과 약액으로 이루어지는 슬러리를 사용하여 반도체 웨이퍼와 연마 패드를 상대 운동시킴으로써 반도체 웨이퍼 표면의 층 돌출 부분을 제거하고 웨이퍼 표면의 층을 매끄럽게 한다. 반도체 웨이퍼의 연마 속도는 예를 들면 반도체 웨이퍼의 한쪽 주면에 형성된 산화실리콘 (SiO2)막의 경우에는 반도체 웨이퍼와 연마 패드의 상대 속도 및 하중에 거의 비례한다. 그 때문에 반도체 웨이퍼의 각 부분을 균일하게 연마 가공하기 위해서는 반도체 웨이퍼에 대한 하중을 균일하게 할 필요가 있다.
반도체 웨이퍼의 한쪽 주면에 형성된 절연층 등을 연마 가공할 경우, 연마 패드가 부드러우면 국소적인 평탄성이 나빠진다. 이와 같은 이유로 현재는 쇼어 A 경도로 90도 이상의 발포 폴리우레탄 시트가 사용되고 있다. 그러나 고경도 발포 폴리우레탄 패드는 절연층 등의 요철의 밀도가 다른 부분에서는 평탄성의 정도가 달라 글로벌 단차가 생긴다는 문제점이나, 다마신 방식에 의한 금속 배선의 폭이 넓은 곳에서는 디싱 (금속 배선의 중앙부가 가장자리보다 높이가 낮아진다)이 생긴다는 문제점이 있다. 또한, 연마제가 흡착되기 쉽고 막힘(clogging)이 발생하거나 연마 중에 패드 표층 부분의 요동이 생겨 연마 속도가 저하된다는 문제점이 있었다.
<발명의 목적>
본 발명의 목적은 실리콘 기판상에 형성된 절연층 또는 금속 배선의 표면을 기계적으로 평탄하게 하기 위한 연마 패드에 있어서, 연마 속도가 높고, 글로벌 단차가 작고, 금속 배선에서의 디싱이 발생되기 어렵고, 막힘이나 표층 부분의 요동 이 생기기 어렵고, 연마 속도가 안정적인 연마 패드를 제공하는 것에 있다.
<발명의 개시>
본 발명은 이하의 구성으로 이루어진다.
「마이크로 고무 A 경도가 80도 이상이고, 폴리우레탄과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체를 함유하고 평균 기포 직경이 1000 ㎛ 이하인 독립 기포를 지니고, 또한 밀도가 0.4 내지 1.1의 범위에 있는 연마 패드」
<발명을 실시하기 위한 최선의 형태>
이하, 발명의 실시의 형태에 관하여 설명한다.
우선 본 발명에서 말하는 마이크로 고무 A 경도는 고분자계기 (주) 제품인 마이크로 고무 경도계 MD-1로 평가한 값을 나타낸다. 마이크로 고무 경도계 MD-1은 종래의 경도계로는 측정이 곤란했던 얇은 물건이나 작은 물건의 경도 측정을 가능하게 하며, 스프링식 고무 경도계 (듀로미터) A 형의 약 1/5의 축소 모델로 설계ㆍ제작되어 있기 때문에 스프링식 고무 경도계 A 형의 경도와 일치한 측정치를 얻을 수 있다. 통상의 연마 패드는 연마층 또는 경질층의 두께가 5 mm 이하이기 때문에 스프링식 고무 경도계 A 형으로는 평가할 수 없고 상기 마이크로 고무 경도계 MD-1로 평가한다.
본 발명의 연마 패드는 마이크로 고무 A 경도로 80도 이상, 바람직하게는 90도 이상이 필요하다. 마이크로 고무 A 경도가 80도 미만이면 반도체 기판의 국소적 요철의 평탄성이 불량해지기 때문에 바람직하지 못하다.
본 발명의 연마 패드는 독립 기포를 갖고 있기 때문에 두께 방향으로 탄력성이 있고 슬러리의 응집물이나 연마 찌꺼기가 피연마면과 연마 패드 사이에 끼더라도 스크래치의 발생을 방지할 수 있다. 독립 기포 직경은 평균치로 1OOO ㎛ 이하여야 국소적 요철을 생기지 않는다. 바람직하게는 500 ㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 300 ㎛이하이다.
본 발명의 연마 패드는 밀도가 0.4 내지 1.1의 범위에 있는 것이 바람직하다. 밀도가 0.4 미만이면 국소적인 평탄성이 불량해지며, 글로벌 단차가 커진다. 밀도가 1.1을 초과할 경우는 스크래치가 발생되기 쉽다. 보다 바람직한 밀도는 0.6 내지 0.9 또는 보다 바람직한 밀도는 0.65 내지 0.85의 범위이다.
본 발명의 연마 패드에서 폴리우레탄이란 폴리이소시아네이트와 활성 수소 함유 화합물 즉, 2개 이상의 히드록시기 또는 아미노기 함유 화합물로부터 얻어지는 폴리머이다. 폴리이소시아네이트로서는 톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트, 나프탈렌디이소시아네이트, 트리진디이소시아네이트, 헥사메틸렌디이소시아네이트, 이소보론디이소시아네이트 등을 들 수 있지만 이들에 한정되는 것은 아니다. 폴리히드록시로서 폴리올이 대표적이고 예를 들면 폴리에테르폴리올, 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜, 에폭시 수지 변성 폴리올, 폴리에스테르폴리올, 아크릴폴리올, 폴리부타디엔폴리올, 실리콘폴리올 등을 들 수 있다. 이 중에서 폴리이소시아네이트로서 톨릴렌디이소시아네이트, 디페닐메탄디이소시아네이트와 폴리올로서 폴리프로필렌글리콜, 폴리테트라메틸렌에테르글리콜을 조합하여 얻을 수 있는 폴리우레탄이 성형성이 우수하고, 널리 사용되기 때문에 바람직하다.
본 발명은 폴리우레탄과 비닐 화합물로 중합되는 중합체를 포함하고 독립 기포를 갖는 연마 패드에 관한 것이다. 그런데 폴리우레탄은 경도를 높게 하면 취약해지고, 비닐 화합물로 중합한 중합체만으로는 인성과 경도는 높일 수 있지만 독립 기포를 갖는 균질한 연마 패드를 얻는 것이 곤란하였다. 본 발명에서는 폴리우레탄과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체를 포함시킴으로써 독립 기포가 존재하며 인성과 경도가 높은 연마 패드를 얻을 수 있었다.
본 발명에서의 비닐 화합물이란 중합성의 탄소 탄소 이중 결합을 갖는 화합물이다. 구체적으로 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 메틸(α-에틸)아크릴레이트, 에틸(α-에틸)아크릴레이트, 프로필(α-에틸)아크릴레이트, 부틸(α-에틸)아크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 이소데실메타크릴레이트, n-라우릴메타크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 2-히드록시프로필메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시프로필아크릴레이트, 2-히드록시부틸메타크릴레이트, 디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 디에틸아미노에틸메타크릴레이트, 메타크릴산, 글리시딜메타크릴레이트, 에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 푸마르산, 푸마르산디메틸, 푸마르산디에틸, 푸마르산디프로필, 말레산, 말레산디메틸. 말레산디에틸, 말레산디프로필, 아크릴로니트릴, 아크릴아미드, 염화비닐, 스티렌, α-메틸스틸렌 등을 들 수 있다. 그 중에서 바람직한 비닐 화합물은 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 프로필메타크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 메틸(α-에틸)아크릴레이트, 에틸(α-에틸)아크릴레이트, 프로필(α-에틸)아크릴레이트, 부틸(α-에틸)아크릴레이트이다. 상기의 바람직한 비닐 화합물은 폴리우레탄에 함침되기 쉽고 폴리우레탄내에서 중합하면 고경도로 고인성의 연마 패드가 얻어지기 때문에 바람직하다. 본 발명에서의 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체 (이하 비닐 중합체라 한다)란 구체적으로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리(n-부틸메타크릴레이트), 폴리이소부틸메타크릴레이트, 폴리메틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리에틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리프로필렌(α-에틸)아크릴레이트, 폴리부틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리(2-에틸헥실메타크릴레이트), 폴리이소데실메타크릴레이트, 폴리(n-라우릴메타크릴레이트), 폴리(2-히드록시에틸메타크릴레이트), 폴리(2-히드록시프로필메타크릴레이트), 폴리(2-히드록시에틸아크릴레이트), 폴리(2-히드록시프로필아크릴레이트), 폴리(2-히드록시부틸메타크릴레이트), 폴리디메틸아미노에틸메타크릴레이트, 폴리디에틸아미노에틸메타크릴레이트, 폴리메타크릴산, 폴리글리시딜메타크릴레이트, 폴리에틸렌글리콜디메타크릴레이트, 폴리푸마르산, 폴리푸마르산디메틸, 폴리푸마르산디에틸, 폴리푸마르산디프로필, 폴리말레산, 폴리말레산디메틸, 폴리말레산디에틸, 폴리말레산디프로필, 폴리아크릴로니트릴, 폴리아크릴아미드, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리(α-메틸스티렌) 등을 들 수 있다. 이 중에서, 바람직한 중합체로는 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리프로필메타크릴레이트, 폴리(n-부틸메타크릴레이트), 폴리이소부틸메타크릴레이트, 폴리메틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리에틸(α-에틸)아크릴레이트, 폴리프로필렌(α-에틸)아크릴레이트, 폴리부틸(α-에틸)아크릴레이트가 연마 패드의 경도를 높일 수 있고, 고인성으로 평탄화 특성을 양호하게 할 수 있다. 본 발명에서는 비닐 중합체의 함유율이 50 중량% 이상 90 중량% 이하인 것이 바람직하다. 50 중량% 미만인 경우는 연마 패드의 경도가 낮기 때문에 바람직하지 못하다. 90 중량%를 초과하는 경우는 패드의 탄력성이 손상되기 때문에 바람직하지 못하다. 연마 패드 중의 폴리우레탄 또는 비닐 중합체의 함유율은 연마 패드를 열분해 가스 크로마토그래피/질량 분석법으로 측정할 수 있다. 이 방법에 사용할 수 있는 장치는 열 분해 장치로서 더블 쇼트 파일로라이자 PY-2010 D (프론티어ㆍ라보사 제품)을, 가스 크로마토그래피/질량 분석 장치로서 TRIO-1 (VG사 제품)을 예로 들 수 있다.
본 발명에서 폴리우레탄과 비닐 중합체가 일체화하여 함유된다는 의미는 폴리우레탄의 상과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체의 상이 분리된 상태로 함유되어 있지 않다는 의미이지만, 정량적으로 표현하자면 연마 패드를 스폿의 크기가 50 ㎛인 현미 적외 분광 장치로 관찰한 적외 스펙트럼이 폴리우레탄의 적외선 흡수 피크와 비닐 화합물로 중합된 중합체의 적외선 흡수 피크를 갖고 있으며 각 부분의 적외선 스펙트럼이 동일하다는 것이다. 여기서 사용되는 현미 적외 분광 장치로서 SPECTRA-TECH사 제품의 1 R㎲를 예로 들 수 있다.
본 발명의 연마 패드의 작성 방법으로서 바람직한 방법은 미리 평균 기포 직경이 1OOO ㎛ 이하인 독립 기포를 가지며 또한 밀도가 O.1 내지 1.O의 범위에 있는 발포 폴리우레탄 시트를 비닐 화합물로 팽윤시킨 후, 발포 폴리우레탄 시트 내에서 비닐 화합물을 중합시키는 방법이다. 그에 따라 독립 기포를 갖는 구조로 폴리우레탄과 비닐 중합체가 일체화된 연마 패드를 작성할 수 있고, 국소적인 평탄성이나 글로벌 단차를 작게 할 수 있다. 보다 바람직한 방법은 재료의 발포 폴리우레탄 시트로서 평균 기포 직경이 500 ㎛이하, 밀도가 0.4 내지 0.9의 범위에 있는 것을 사용하는 것이다. 물론 목표로 하는 연마 패드의 경도와 기포 직경과 발포 배율에 의해 폴리이소시아네이트와 폴리올 및 촉매, 정포제, 발포제의 조합이나 최적량을 결정할 필요가 있다.
발포 폴리우레탄 시트 내에서 비닐 화합물을 중합시키는 방법으로서, 광분해성 라디칼 개시제를 사용하여 노광하고 중합시키는 방법이나, 열 분해성 라디칼 개시제를 사용하여 열을 가하고 중합시키는 방법이나 전자선이나 방사선으로 중합시키는 방법을 들 수 있다.
본 발명의 연마 패드에는 지립(砥粒)을 포함시킬 수도 있다. 지립으로서는 실리카계 지립, 산화알루미늄계 지립, 산화셀륨계 지립 등을 들 수 있다. 지립은 발포 폴리우레탄 시트에 미리 포함시켜 놓는 것이 바람직하다.
본 발명으로 얻어진 연마 패드는 쿠션성을 갖는 시트를 적층시켜 복합 연마 패드로서 사용할 수도 있다. 반도체 기판은 국소적인 요철과는 별도로 좀 더 큰 굴곡이 존재하고 있으며 이 주름을 흡수하는 층으로서, 딱딱한 연마 패드의 아래 (연마기 정반쪽)에 쿠션 시트를 두고 연마하는 경우가 많다.
본 발명의 연마 패드를 사용한 반도체 기판의 연마 방법에 대하여 설명한다.
본 발명의 연마 패드로 연마함에 있어서, 연마제로서 실리카계 폴리쉬제, 산화알루미늄계 폴리쉬제, 산화세륨계 폴리쉬제 등을 사용하면 웨이퍼상에서의 절연막이나 금속 배선의 요철을 국소적으로 평탄화할 수 있거나 글로벌 단차를 작게 하거나 디싱을 억제할 수 있다. 본 발명의 연마 패드를 연마기의 회전 정반 (플라텐)에 고착시켜 웨이퍼는 웨이퍼 유지 시료대 (캐리어)에 진공 처크 방식에 의해 고정시키고 플라텐을 회전시켜 같은 방향으로 웨이퍼 유지 시료대를 회전시켜, 연마 패드에 압박한다. 이 때 연마 패드와 웨이퍼 사이에 연마제를 공급한다. 압착 압력은 웨이퍼 유지 시료대에 가하는 힘을 제어함으로써 행한다. 압착 압력으로서 0.01 내지 0.l MPa가 국소적 평탄성을 얻을 수 있기 때문에 바람직하다.
본 발명의 연마 패드는, 반도체 기판의 국소적 요철의 평탄화를 함에 있어서, 글로벌 단차를 감소시킬 수 있고 디싱을 억제할 수 있으며 연마 속도가 높고, 패드 표면에서의 막힘이나 요동이 발생하기 어렵고 연마 속도의 시간 경과적 저하가 발생하기 어렵기 때문에 안정된 연마가 가능하다.
아래에서는 실시예를 통해서 본 발명을 상세히 설명한다. 본 실시예에 있어서 각 특성은 이하의 방법으로 측정하였다.
1. 마이크로 고무 A 경도
고분자계기(주) (소재지: 교토시 가미교쿠 시모다찌우리 무로마찌 니시이리)의 마이크로 고무 경도계 MD-1로 측정한다.
마이크로 고무 경도계 MD-1의 구성은 아래와 같다.
1.1 센서부
(1) 하중 방식: 캔틸레버 형판 스프링
(2) 스프링 하중 : 0 포인트, 2.24 gf
100 포인트 33.85 gf
(3) 스프링 하중 오차 : ±0.32 gf
(4) 압침 치수 : 직경 : 0.16 mm 원주형 높이 0.5 mm
(5) 변위 검출 방식 : 변형 게이지식
(6) 가압 다리 치수 : 외경 4 mm, 내경 1.5 mm
1.2 센서 구동부
(1) 구동 방식 : 스테핑 모터에 의한 상하 운동
에어 댐퍼에 의한 강하 속도 제어
(2) 상하 운동 스트로크: 12 mm
(3) 강하 속도: 10 내지 30 mm/sec
(4) 높이 조정 범위 : 0 내지 67 mm (시료 테이블과 센서 가압면의 거리)
1.3 시료대
(1) 시료대 치수 : 직경 80 mm
(2) 미동 기구: XY 테이블 및 마이크로미터 헤드에 의한 미동 스트로크 X축,
Y축 모두 15 mm
(3) 레벨 조정기: 레벨 조정용 본각 및 환형 수준기
2. 글로벌 단차
(1) 테스트 웨이퍼
6 인치 실리콘 웨이퍼에 20 mm 각의 다이를 배치한다. 이 20 mm 각의 다이에는 40 ㎛ 폭, 높이 1.2 ㎛의 알루미늄 배선을 40 ㎛의 스페이스에서 좌측 반에 라인앤드 스페이스에서 배치하고 400 ㎛ 폭, 높이 1.2 ㎛의 알루미늄 배선을 40 ㎛의 스페이스에서 우측 반의 부분에 라인 앤드 스페이스에서 배치한다. 또한 그 위에 테트라에톡시실란을 CVD에서 절연막을 3 ㎛의 두께가 되도록 형성하고, 글로벌 단차평가용 테스트 웨이퍼를 준비하였다.
(2) 평가 방법
글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼를 연마기의 연마 헤드에 부착하고 37 rpm으로 회전시켜, 상기 복합 연마 패드를 연마기의 플라텐에 고착시켜 36 rpm으로 연마 헤드의 회전 방향과 동일 방향으로 회전시켜, 실리카계 폴리쉬제를 200 ㎖/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa로 소정 시간 연마하고 글로벌 단차 평가용테스트 웨이퍼의 40 ㎛폭 배선 영역과 400 ㎛ 폭 배선 영역의 글로벌 단차를 측정한다.
3. 구리 배선 디싱
(1) 테스트 웨이퍼
6 인치 실리콘 웨이퍼에 100 ㎛ 폭으로 깊이가 0.7 ㎛의 홈을 스페이스가 100 ㎛ 간격으로 형성한다. 이 위에 도금법으로 구리를 두께 2 ㎛ 형성하고, 구리 배선 디싱 평가용 테스트 웨이퍼를 작성하였다.
(2) 평가 방법
구리 배선 디싱 평가용 테스트 웨이퍼를 연마기의 연마 헤드에 부착하여 37 rpm으로 회전시켜, 상기 복합 연마 패드를 연마기의 플라텐에 고착시켜 36 rpm으로 연마 헤드의 회전 방향과 동일 방향으로 회전시켜, 알루미나계 폴리쉬제를 180 ㎖/분으로 공급하면서 연마 압력 0.04 MPa로 소정 시간 연마하여, 구리 배선 디싱 평 가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께와 구리 배선 가장자리의 두께의 차를 디싱량으로 한다.
4. 산화막 연마 속도
(1) 테스트 웨이퍼
6 인치 실리콘 웨이퍼상에 열산화막을 1.2 ㎛ 형성하고, 산화막 연마 속도 평가용 테스트 웨이퍼를 제조하였다.
(2) 평가 방법
두께 1.2 mm의 연질 발포 폴리우레탄 시트를 상기 연마 패드와 접합하여 복합 연마 패드를 제조한다. 산화막 연마 속도 평가용 테스트 웨이퍼를 연마기의 연마 헤드에 부착하여 37 rpm으로 회전시켜, 상기 복합 연마 패드를 연마기의 플라텐 에 고착시켜 36 rpm으로 연마 헤드의 회전 방향과 동일 방향으로 회전시켜, 특정한 폴리쉬제를 225 ㎖/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa에서 특정 시간 연마를 실시하여, 산화막 연마 속도를 측정한다. 계속해서 상기 산화막 연마 속도 평가용 테스트 웨이퍼를 10매 연마 처리하여, 10 매째의 산화막 연마 속도를 측정한다. 또한 10매 연마할 때마다 다이아몬드 드레서로 복합 연마 패드 표면을 약 0.5 ㎛ 드레싱을 행하여 1000 매의 연마를 하여 1000 매뒤(후)의 연마 속도를 측정한다.
<실시예 1>
폴리프로필렌 30 중량부와 디페닐메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 0.8 중량부와 트리에틸아민 0.3 중량부와 실리콘 정포제 1.7 중량부와 옥틸산 주석 0.09 중량부를 RIM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형을 하여 두께 1.5 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도=50도, 밀도:0.51, 독립 기포 평균 직경 40 ㎛)를 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 0.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 15 시간 침지한다. 메틸메타크릴레이트에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃로 24 시간 가열한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50 ℃로 진공 건조를 한다. 얻어진 경질 발포 시트를 양면을 연삭하여 두께가 1.2 mm의 연마 패드를 제조한다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도:0.75, 독립 기포 평균 직경 60 ㎛, 연마 패드 중의 폴리메틸메타크릴레이트 함유율은 82 중량이었다.
실리카계 폴리쉬제를 사용하여, 연마 시간을 10 분간으로 하였더니 산화막 연마 속도는 1020 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 950 Å/분이었다. 1000 매후의 연마 속도는 940 Å/분이고 저하는 작았다.
연마 시간을 7 분간으로서 글로벌 단차를 평가하였더니 글로벌 단차 평가용테스트 웨이퍼의 40 ㎛ 폭 배선 영역과 400 ㎛ 폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.02㎛으로 작았다.
연마 시간을 10 분간으로서 구리 배선 디싱을 평가하였더니 구리 배선 디싱평가용 테스트웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.65 ㎛이고, 구리 배선 가장자리의 두께는 0.70 ㎛이고, 디싱량은 0.05 ㎛으로 작았다.
<실시예 2>
폴리프로필렌글리콜 30 중량부와 디페닐메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 1 중량부와 트리에틸아민 0.2 중량부와 실리콘 정포제 1.8 중량부와 옥틸산 주 석 0.08 중량부를 RlM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형을 하여 두께 2 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 50도, 밀도 0.4, 독립 기포 평균 직경 60 ㎛)를 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 O.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트 80 중량부와 디비닐벤젠 20 중량부의 모노머 액에 24 시간 침지한다. 모노머에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃에서 24 시간 가열한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50℃에서 진공 건조한다. 얻어진 경질 발포 시트를 양면 연삭하여 1.5 mm의 연마 패드를 제조하였다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도 0.81, 독립 기포 평균 직경 80 ㎛, 메틸메타크릴레이트/디비닐벤젠 공중합체의 함유율 85 중량%이었다.
실리카계 폴리쉬제를 사용하여, 연마 시간을 10 분으로 하였더니 산화막 연마 속도는 150O Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 1400 Å/분이었다. 1000 매 후의 연마 속도는 1380 Å/분이고 저하는 작았다.
연마 시간을 4.5 분간으로 글로벌 단차를 평가하였더니 글로벌 단차는 O.O1㎛으로 작았다.
연마 시간을 6.5 분간으로 구리 배선 디싱을 평가하였더니, 구리 배선 디싱평가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.66 ㎛이고, 구리 배선 가장자리의 두께는 0.68 ㎛이고, 디싱량은 0.02 ㎛으로 작았다.
<실시예 3>
폴리테트라메틸렌에테르글리콜 30 중량부와 톨릴렌디이소시아네이트 40 중량부와 물 0.5 중량부와 트리프로필아민 0.2 중량부와 실리콘 정포제 1.8 중량부와 옥틸산주석 0.08 중량부를 RlM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형을 하여 두께 3 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 50도, 밀도 0.7, 독립 기포 평균 직경 40 ㎛)을 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 0.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트 80 중량부와 디에틸렌글리콜디메타크릴레이트 20 중량부의 모노머액에 24 시간 침지한다. 모노머에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃에서 24 시간 가열한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50 ℃에서 진공 건조를 한다. 얻어진 경질 발포 시트를 양면 연삭하여 1.O mm의 연마 패드를 제조하였다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 99도, 밀도 0.85, 독립 기포 평균 직경 60 ㎛, 메틸메타크릴레이트/디에틸렌글리콜디메타크릴레이트 공중합체의 함유율은 72 중량%이었다. 두께 1.2 mm의 연질 발포 폴리우레탄 시트를 상기 연마 패드와 접합하여 복합 연마 패드를 제조하였다.
실리카계 폴리쉬제를 사용하고, 연마 시간을 10 분간으로 하였더니, 산화막 연마속도는 900 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 850 Å/분이었다. 1000 매 후의 연마 속도는 800 Å/분이고 저하는 작았다.
연마 시간을 8 분간으로 하여 글로벌 단차를 평가하였더니 0.04 ㎛으로 작았다.
연마 시간을 11 분간으로서 구리 배선 디싱을 평가하였더니 구리 배선 디싱평가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.66 ㎛이고, 구리 배선 가장 자리의 두께는 0.69 ㎛이고, 디싱량은 0.03 ㎛으로 작았다.
<실시예 4>
폴리 프로필렌글리콜 30 중량부와 디페닐 메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 0.8 중량부와 트리에틸아민 0.3 중량부와 실리콘 정포제 17 중량부와 옥틸산 주석 0.09 중량부와 평균 입경 0.2 ㎛의 콜로이드성 실리카 10 중량부를 RIM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형하여 두께 1.5 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 70도, 밀도 0.91, 독립 기포 평균 직경 50 ㎛)을 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 O.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 15 시간 침지한다. 메틸메타크릴레이트에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃로 24 시간 가열한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50 ℃에서 진공 건조를 한다. 얻어진 경질 발포 시트를 양면을 연삭하여 두께가 1.2 mm의 연마 패드를 제조한다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 99도, 밀도 1.0, 독립 기포 평균 직경 70 ㎛, 연마 패드 중의 폴리메틸메타크릴레이트 함유율은 82 중량%이었다.
폴리쉬제로서 pH 10의 수산화칼륨을 225 ㎖/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa로 10 분간 연마를 실시하였더니 산화막 연마 속도는 1300 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 120O Å/분이었다. 1000매 후의 연마 속도는 1150 Å/분이고 저하는 작았다.
pH l0의 수산화칼륨을 20O ㎖/분으로 공급하면서 연마 압력 0.05 MPa로 5 분간 연마하였더니 글로벌 단차는 0.03 ㎛으로 작았다.
<실시예 5>
폴리프로필렌글리콜 30 중량부와 디페닐메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 1.2 중량부와 트리에틸아민 0.3 중량부와 실리콘 정포제 1.7 중량부와 옥틸산 주석 0.09 중량부를 RIM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형을 하여 두께 1.5 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 50도, 밀도: 0.51, 독립기포 평균 직경 40 ㎛)을 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 O.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 10 시간 침지한다. 메틸메타크릴레이트에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃로 24 시간 가열한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50 ℃에서 진공 건조를 한다. 얻어진 경질 발포 시트를 양면을 연삭하여 두께가 1.2 mm의 연마 패드를 제조한다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 85도, 밀도 0.75, 독립 기포 평균 직경 60 ㎛, 연마 패드 중의 폴리메틸메타크릴레이트 함유율은 75 중량%이었다.
실리카계 폴리쉬제를 사용하여, 연마 시간을 10 분간으로 하였더니 산화막 연마 속도는 980 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 930 Å/분이었다. 1000 매 후의 연마 속도는 900 Å/분이고 저하는 작았다.
연마 시간을 7 분간으로 글로벌 단차를 평가하였더니 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛ 폭 배선 영역과 400 ㎛ 폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.05 ㎛로 작았다.
연마 시간을 10 분으로 하고 구리 배선 디싱을 평가하였더니 구리 배선 디싱평가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.65 ㎛이고, 구리 배선 가장자리의 두께는 0.70 ㎛이고, 디싱량은 0.05 ㎛으로 작았다.
<실시예 6>
폴리프로필렌글리콜 30 중량부와 디페닐메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 15 중량부와 트리에틸아민 0.4 중량부와 실리콘 정포제 1.6 중량부와 옥틸산 주석 0.10 중량부를 RIM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형하여 두께 1.5 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도=50도, 밀도 0.40, 독립 기포 평균 직경 150 ㎛)을 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 0.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 8 시간 침지한다. 메틸메타크릴레이트에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃로 24 시간 가열 한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50 ℃ 진공 건조를 한다. 얻어진 경질발포 시트를 양면을 연삭하고 두께가 1.2 mm의 연마 패드를 제조한다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도 0.70, 독립 기포 평균 직경 200 ㎛, 연마 패드 속의 폴리메틸메타크릴레이트 함유율 82 중량%이었다.
실리카계 폴리쉬제를 사용하여, 연마 시간을 10 분간으로 하였더니 산화막 연마 속도는 1050 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 980 Å/분이었다. 1000 매 후의 연마 속도는 950 Å/분이고 저하는 작았다.
연마 시간을 7 분간으로서 글로벌 단차를 평가하였더니 글로벌 단차 평가용테스트 웨이퍼의 40 ㎛ 폭 배선 영역과 400 ㎛폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.02㎛으로 작았다.
연마 시간을 10 분간으로 하고 구리 배선 디싱을 평가하였더니 구리 배선 디싱 평가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.65 ㎛이고, 구리 배선 가장자리의 두께는 0.7O ㎛이고, 디싱량은 0.05 ㎛으로 작았다.
<실시예 7>
폴리프로필렌글리콜 30 중량부와 디페닐메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 1.8 중량부와 트리에틸아민 0.5 중량부와 실리콘 정포제 1.7 중량부와 옥틸산 주석 O.09 중량부를 RIM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형하여 두께 1.5 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 50도, 밀도 0.51, 독립 기포 평균 직경 240 ㎛)을 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 O.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 7 시간 침지한다. 메틸메타크릴레이트에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃에서 24 시간 가열한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50 ℃로 진공 건조한다. 얻어진 경질 발포 시트를 양면을 연삭하여 두께가 1.2 mm의 연마 패드를 제조한다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도 0.70, 독립 기포 평균 직경 300 ㎛, 연마 패드 중의 폴리메틸메타크릴레이트 함유율은 85 중량%이었다.
실리카계 폴리쉬제를 사용하고 연마 시간을 10 분간으로 하였더니 산화막 연마 속도는 1080 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 990 Å/분이었다. 1000 매 후의 연마 속도는 960 Å/분이고 저하는 작았다.
연마 시간을 7 분간으로 글로벌 단차를 평가하였더니 글로벌 단차 평가용 테스트 웨이퍼의 40 ㎛ 폭 배선 영역과 400 ㎛ 폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.02 ㎛으로 작았다.
연마 시간을 10 분간으로서 구리 배선 디싱을 평가하였더니 구리 배선 디싱평가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.65 ㎛이고, 구리 배선 가장자리의 두께는 0.70 ㎛이고, 디싱량은 0.05 ㎛로 작았다.
<실시예 8>
폴리프로필렌글리콜 30 중량부와 디페닐메탄디이소시아네이트 40 중량부와 물 2.0 중량부와 트리에틸아민 0.5 중량부와 실리콘 정포제 1.7 중량부와 옥틸산 주석 O.09 중량부를 RlM 성형기로 혼합하여 금형에 토출하고 가압 성형하여 두께 1.5 mm의 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로고무 A 경도 50도, 밀도 0.45, 독립 기포 평균 직경 350 ㎛)을 제조하였다. 상기 발포 폴리우레탄 시트를 아조비스이소부틸니트릴 0.1 중량부를 첨가한 메틸메타크릴레이트에 12 시간 동안 침지한다. 메틸메타크릴레이트에 의해 팽윤된 발포 폴리우레탄 시트를 유리판에 끼워 70 ℃에서 24 시간 동안 가열한다. 가열 후 유리판에서 꺼내 50 ℃에서 진공 건조를 행한다. 얻어진 경질 발포시트를 양면을 연삭하여 두께가 1.2 mm의 연마 패드를 제조한다. 얻어진 연마 패드의 마이크로 고무 A 경도는 98도, 밀도 0.77, 독립 기포 평균 직경 480 ㎛, 연마 패드 중의 폴리메틸메타크릴레이트 함유율은 81 중량%이었다.
실리카계 폴리쉬제를 사용하여, 연마 시간을 10 분간으로 하였더니, 산화막연마 속도는 1030 Å/분이었다. 10매의 산화막 연마 속도는 960 Å/분이었다. 1000매 후의 연마 속도는 940 Å/분이고 저하는 작았다.
연마 시간을 7 분간으로서 글로벌 단차를 평가하였더니 글로벌 단차 평가용테스트 웨이퍼의 40 ㎛ 폭 배선 영역과 400 ㎛ 폭 배선 영역의 글로벌 단차는 0.03 ㎛으로 작았다.
연마 시간을 10 분간으로하여 구리 배선 디싱을 평가하였더니 구리 배선 디싱평가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.65 ㎛이며, 구리 배선 가장자리의 두께는 0.70 ㎛이며 디싱량은 0.05 ㎛로 작았다.
<비교예 1>
폴리에테르계 우레탄 폴리머 (유니로얄사 제품 아디프렌 L-325) 78 중량부와 4,4'-메티렌-비스-2-클로로아닐린 20 중량부를 RIM 성형기로 혼합하고 또한 중공 형상 고분자 미소구체 (엑스판셀 551 DE) 1.8 중량부를 혼합하여 두께 12 mm의 경질발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 92도, 밀도 0.78, 독립 기포 평균 직경 30 ㎛)을 제조하였다. 이 경질 발포 폴리우레탄 시트를 슬라이스하여 두께 1.2 mm의 연마 패드를 제조하였다.
실리카계 폴리쉬제를 225 ㎖/분으로 공급하면서 10 분간 연마를 실시하였더니, 산화막 연마 속도는 1100 Å/분이었다. 10매째의 산화막 연마 속도는 500 Å/분이었다. 1000매째의 연마 속도는 500 Å/분이고 저하는 커졌다.
연마 시간을 7 분간으로 하여 글로벌 단차를 평가하였더니 글로벌 단차는 O.1 ㎛로 컸다.
구리 배선 디싱을 평가하였더니 구리 배선 디싱 평가용 테스트 웨이퍼의 구리 배선 중앙부의 두께는 0.40 ㎛이고, 구리 배선 가장자리의 두께는 0.68 ㎛이고, 디싱량은 0.28 ㎛로 컸다.
<비교예 2>
폴리에테르계 우레탄 폴리머 (유니로얄사 제품 아디프렌 L-325) 78 중량부와 에틸렌글리콜 4.64 중량부를 RIM 성형기로 혼합하고 또한 중공 형상 고분자 미소 구체 (엑스판셀 551 DE) 1.5 중량부를 혼합하여 두께 12 mm의 경질 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 50도, 밀도 0.75, 독립 기포 평균 직경 30 ㎛)를 제조하였다. 이 발포 폴리우레탄 시트를 슬라이스하여 두께 1.2 mm의 연마 패드를 제조하였다.
실리카계 폴리쉬제를 225 ㎖/분으로 공급하면서 10 분간 연마를 실시하였더니 산화막 연마 속도는 400 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 300 Å/분이었다. 1000 매 후의 연마 속도는 200 Å/분이고 저하는 컸다.
연마 시간을 19 분간으로 글로벌 단차를 평가하였으나 40 ㎛ 및 400 ㎛의 라인상의 볼록부가 0.2 μ 정도 이하로는 되지 않고, 평탄성이 얻어지지 않았다.
<비교예 3>
폴리에테르계 우레탄 폴리머 (유니로얄사 제품 아디프렌 L-325) 78 중량부와 4,4'-메티렌-비스-2-클로로아닐린 10 중량부 에틸렌글리콜 2.32 중량부를 RIM 성형기로 혼합하고 또한 중공 형상 고분자 미소구체 (엑스판셀 551 DE) 1.6 중량부를 혼합하여 두께 12 mm의 경질 발포 폴리우레탄 시트 (마이크로 고무 A 경도 70도, 밀도 0.78, 독립 기포 평균 직경 30 ㎛)를 제조하였다. 이 발포 폴리 우레탄 시트를 슬라이스하여 두께 1.2 mm의 연마 패드를 제조하였다.
실리카계 폴리쉬제를 225 ㎖/분으로 공급하면서 10 분간 연마를 실시하였더니 산화막 연마 속도는 800 Å/분이었다. 10 매째의 산화막 연마 속도는 600 Å/ 분이었다. 1000 매후의 연마 속도는 400 Å/분이고 저하는 컸다.
연마 시간을 9 분간으로 하여 글로벌 단차를 평가하였으나 40 ㎛ 및 40O ㎛의 라인상의 볼록부가 O.1 μ정도 이하로는 되지 않고, 평탄성이 얻어지지 않았다.
본 발명에 의해 실리콘 기판상에 형성된 절연층 또는 금속 배선의 표면을 연마에 의해 평활하게 하는 기계적인 평탄화 공정, 연마 속도가 높고, 글로벌 단차가 작고, 금속 배선에서의 디싱이 발생되기 어렵고, 눈 막힘이나 표층 부분의 굴곡이 생기기 어렵고 연마 속도가 안정적인 연마 패드를 제공하는 것이다.
Figure 112004016052260-pct00002

Claims (16)

  1. 마이크로 고무 A 경도가 80도 이상이고, 폴리우레탄과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체를 함유하고, 독립 기포를 갖는 연마 패드.
  2. 제1항에 있어서, 폴리우레탄과 비닐 화합물로부터 중합되는 중합체가 일체화하여 함유되어 있는 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  3. 제1항에 있어서, 비닐 화합물로 중합되는 중합체의 함유 비율이 5O 중량% 이상 9O 중량% 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  4. 제1항에 있어서, 비닐 화합물이 CH2=CR1COOR2 (R1은 메틸기 또는 에틸기이고, R2는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 중 하나임)인 연마 패드.
  5. 제1항에 있어서, 마이크로 고무 A 경도가 90도 이상인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  6. 제1항에 있어서, 밀도가 0.4 내지 1.1인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  7. 제1항에 있어서, 밀도가 0.6 내지 0.9인 것을 특징으로 연마 패드.
  8. 제1항에 있어서, 밀도가 0.65 내지 0.85인 것을 특징으로 연마 패드.
  9. 제1항에 있어서, 독립 기포의 평균 기포 직경이 1OOO ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 연마 패드.
  10. 제1항에 있어서, 독립 기포의 평균 기포 직경이 500 ㎛ 이하인 것을 특징으로 연마 패드.
  11. 제1항에 있어서, 독립 기포의 평균 기포 직경이 300 ㎛ 이하인 것을 특징으로 연마 패드.
  12. 제1항에 기재된 연마 패드와 쿠션 시트가 적층되어 이루어지는 복합 연마 패드.
  13. 평균 기포 직경이 1OOO ㎛ 이하의 독립 기포를 가지며, 또한 밀도가 0.1 내지 1.O의 범위에 있는 발포 폴리우레탄 시트에 비닐 화합물을 함침시킨 후, 비닐 화합물을 중합시키는 것을 특징으로 하는 연마 패드의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서, 비닐 화합물이 CH2=CRlCOOR2 (R1은 메틸기 또는 에틸기이고, R2는 메틸기, 에틸기, 프로필기, 부틸기 중 하나임)인 것을 특징으로 하는 연마 패드의 제조 방법.
  15. 삭제
  16. 제1항에 기재된 연마 패드 또는 제12항에 기재된 복합 연마 패드를 연마 정반에 고정하고 연마 헤드에 고정한 반도체 기판과 상기 연마 패드 사이에 연마제를 넣으면서 반도체 기판을 연마하는 것을 특징으로 하는 반도체 기판을 연마하는 방법.
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