KR100627202B1

KR100627202B1 - 화학 기계 연마용 패드 및 화학 기계 연마 방법

Info

Publication number: KR100627202B1
Application number: KR1020040055662A
Authority: KR
Inventors: 히로시 시호; 유끼오 호사까; 고우 하세가와; 노부오 가와하시
Original assignee: 제이에스알 가부시끼가이샤
Priority date: 2003-07-17
Filing date: 2004-07-16
Publication date: 2006-09-25
Also published as: TW200518876A; KR20050009240A; TWI290504B; CN1590026A; EP1498222A1; US20050014376A1; US7183213B2; EP1498222B1; CN100352605C

Abstract

본 발명은 화학 기계 연마용 패드에 관한 것이다. 본 발명의 패드는 수불용성 매트릭스와 이 수불용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 함유하고, 연마 표면과 이 연마 표면의 이면에 있는 비-연마 표면을 갖는다.

본 발명의 패드는 연마 표면으로부터 비-연마 표면으로 광학적으로 통하는 광 투과 영역을 갖는다. 광 투과 영역의 비-연마 표면의 표면 조도 (Ra)는 10 ㎛ 이하이다.

화학 기계 연마용 패드, 광 투과 영역, 적층 패드, 연마 종점, 광학적 종점 검출기

Description

화학 기계 연마용 패드 및 화학 기계 연마 방법 {Chemical Mechanical Polishing Pad and Chemical Mechanical Polishing Method}

도 1은 본 발명에 따른 연마 패드의 박막 부분에서의 단면에 대한 일례를 나타내는 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 연마 패드의 박막 부분에서의 단면에 대한 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 연마 패드의 박막 부분에서의 단면에 대한 또 다른 예를 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 연마 패드의 박막 부분에서의 단면에 대한 추가의 예를 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 박막 부분에 대한 일례를 나타내는 하부 평면도이다.

도 6은 본 발명의 박막 부분에 대한 하부 평면도이다.

도 7은 본 발명의 박막 부분에 대한 하부 평면도이다.

도 8은 본 발명에 따른 연마 패드 또는 연마 적층 패드를 사용하는 연마 장치의 모식도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 연마 패드

11 박막 부분

2 정반 (platen)

3 가압 헤드

4 피연마체

5 슬러리 공급 단위

6 광학적 종점 검출기

R¹ 종점 검출용 광

R² 반사광

본 발명은 화학 기계 연마용 패드 및 화학 기계 연마 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 연마 효율의 손상없이 빛의 투과율을 높인 영역을 갖는 화학 기계 연마용 패드, 및 이 패드를 사용한 화학 기계 연마 방법에 관한 것이다.

반도체 웨이퍼의 화학 기계 연마에 있어서, 연마의 목적이 달성된 후에 연마를 종료하는 연마 종점 (end point)을 결정하는 것은 경험적으로 얻어진 시간을 기준으로 행할 수 있다. 그러나, 피연마면을 구성하는 재질은 다양하고, 각 재질에 따라 연마 시간이 달라진다. 또한, 피연마면을 구성하는 재질은 현 시점 이후에 여러가지로 변화될 것이라 생각된다. 추가로, 연마에 사용하는 슬러리나 연마 장치도 마찬가지로 변화될 수 있다. 따라서, 상기 인자들에 따라 달라지는 연마 시간을 적합하게 얻는 것은 그 효율이 매우 좋지 않다. 이를 극복하기 위해, 현재 피연마면의 상태를 직접 측정할 수 있는 광학적인 방법을 이용한 광학적 종점 검출기 및 방법이 제안되어 있다 (예를 들어, JP-A 9-7985호 및 JP-A 2000-326220호 참조; 본원에 사용된 용어 "JP-A"는 "심사되지 않고 공개된 일본 특허 출원"을 의미함).

상기 광학적 종점 검출기를 이용할 때, 일반적으로 화학 기계 연마용 패드의 일부의 영역에 종점 검출용 광을 투과시키기 위한 창을 형성하고, 이 창을 통해서만 피연마면을 측정하고 있다. JP-A 11-512977호에는 종점 검출용 광의 투과를 위해 화학 기계 연마용 패드의 일부에 경질의 균일한 수지로 제조된 창을 형성하는 방법이 제안되어 있다. 이 기술에 따르면, 광학적 검출기를 유리하게 이용할 수는 있지만, 화학 기계 연마용 패드 중의 종점 검출용 광의 투과를 위한 창의 영역이 연마 능력을 갖지 않기 때문에, 연마 효율의 저하를 피할 수 없고, 또한 창의 크기, 형상, 수 및 배치에 있어서의 자유도가 제한된다.

본 발명의 목적은 상기 문제를 해결하여, 광학적 종점 검출기를 이용한 화학 기계 연마에 있어서, 연마 효율을 저하시키지 않으면서 종점 검출용 광을 투과시키는 영역을 갖는 화학 기계 연마용 패드, 및 화학 기계 연마 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기 설명으로부터 명백해질 것이다.

우선, 본 발명의 상기 목적 및 이점은,

수불용성 매트릭스와 이 수불용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하고, 연마 표면과 이 연마 표면의 이면에 있는 비-연마 표면을 갖는,

연마 표면으로부터 비-연마 표면으로 광학적으로 통하는 광 투과 영역을 가지며, 광 투과 영역의 비-연마 표면의 표면 조도 (Ra)가 10 ㎛ 이하인 화학 기계 연마용 패드에 의해 달성된다.

두번째로, 본 발명의 상기 목적 및 이점은, 본 발명의 상기 화학 기계 연마용 패드와 상기 연마 패드의 비-연마 표면 상에 형성된 기저층을 포함하며, 기저층이 두께 방향으로 연장된 광 투과 영역을 갖고 광 투과 영역이 화학 기계 연마용 패드의 광 투과 영역과 광학적으로 통하는 것인 화학 기계 연마용 적층 패드에 의해 달성된다.

세번째로, 본 발명의 상기 목적 및 이점은, 광학적 종점 검출기에 의해 화학 기계 연마의 종점을 검출하는, 상기 화학 기계 연마용 패드 또는 상기 화학 기계 연마용 적층 패드를 사용하는 화학 기계 연마 방법에 의해 달성된다.

본 발명의 화학 기계 연마용 패드는 이하에 상세히 설명될 것이다.

본 발명의 화학 기계 연마용 패드 (이하, "연마 패드"라고 함)는 수불용성 매트릭스와 이 수불용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함한다.

수불용성 매트릭스를 구성하는 재료로는, 예를 들어 열가소성 수지, 열경화 성 수지, 엘라스토머 또는 생 고무가 있다.

상기 열가소성 수지의 예로는 폴리올레핀계 수지, 폴리스티렌계 수지, 폴리아크릴계 수지, 비닐 에스테르 수지 (폴리아크릴계 수지는 제외함), 폴리에스테르계 수지, 폴리아미드계 수지, 불소 수지, 폴리카르보네이트 수지 및 폴리아세탈 수지가 있다.

폴리아크릴계 수지로는 (메트)아크릴레이트 수지가 있다.

상기 열경화성 수지의 예로는 페놀 수지, 에폭시 수지, 불포화 폴리에스테르 수지, 폴리우레탄 수지, 폴리우레탄-우레아 수지, 우레아 수지 및 규소 수지가 있다.

상기 엘라스토머의 예로는 스티렌계 엘라스토머, 열가소성 엘라스토머 및 기타 엘라스토머가 있다.

스티렌계 엘라스토머로는 스티렌-부타디엔-스티렌 블록 공중합체 (SBS) 및 그의 수소첨가 블록 공중합체 (SEBS)가 있다. 열가소성 엘라스토머로는 폴리올레핀 엘라스토머 (TPO), 열가소성 폴리우레탄 엘라스토머 (TPU), 열가소성 폴리에스테르 엘라스토머 (TPEE), 폴리아미드 엘라스토머 (TPAE) 및 디엔계 엘라스토머가 있다.

기타 엘라스토머로는 실리콘 수지계 엘라스토머 및 불소 수지계 엘라스토머가 있다.

디엔계 엘라스토머로는 1,2-폴리부타디엔이 있다.

상기 폴리올레핀 엘라스토머로는 폴리에틸렌이 있다.

상기 불소 수지계 엘라스토머로는 폴리비닐리덴 플루오라이드가 있다.

상기 생 고무의 예로는 부타디엔 고무, 스티렌ㆍ부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 이소부틸렌ㆍ이소프렌 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴ㆍ부타디엔 고무, 에틸렌ㆍ프로필렌 고무, 에틸렌ㆍ프로필렌ㆍ디엔 고무, 실리콘 고무 및 불소 고무가 있다.

수불용성 매트릭스를 구성하는 재료는 그 일부가 산무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기 및 아미노기로부터 선택되는 1종 이상을 가질 수 있다. 상기 재료가 이러한 기들 중 하나를 갖게 되면, 후술하는 수용성 매체 및 연마 과립 (abrasive grain)과의 상용성을 조정할 수 있다.

상기 수불용성 매트릭스를 구성하는 재료는, 광학적 종점 검출기로부터 발생하는 종점 검출용 광의 적어도 일부가 투과하는 것이 바람직하다.

수불용성 매트릭스를 구성하는 재료는 단독으로 사용할 수도, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다.

상기 수불용성 매트릭스를 구성하는 재료는 가교 구조를 가질 수도 있고 가지지 않을 수도 있으나, 적어도 그의 일부에 가교 구조를 갖는 것이 바람직하다.

"적어도 그의 일부에 가교 구조를 갖는다"라는 표현은 1종의 재료만이 사용되는 경우에 적어도 그 재료의 일부에 가교 구조를 갖거나, 또는 2종 이상의 상이한 재료들을 사용하는 경우에 이들 재료 중 적어도 하나의 재료의 적어도 일부에 가교 구조를 갖는 것을 의미한다.

수불용성 매트릭스를 구성하는 재료의 적어도 일부에 가교 구조를 갖는 경 우, 수불용성 매트릭스에 탄성 회복력을 부여할 수가 있다. 따라서, 연마시에 연마 패드에 가해진 응력에 의해 유발되는 변위를 억제할 수 있기 때문에, 연마시 및 컨디셔닝 (conditioning)시에 수불용성 매트릭스가 과도하게 연신되는 경우에 소성 변형에 의해 포어 (pore)가 메워지는 것을 방지할 수 있다. 또한, 연마 패드의 표면이 과도하게 부푸는 것도 방지할 수 있다. 따라서, 연마시 슬러리의 유지성이 높고, 컨디셔닝에 의해 슬러리가 용이하게 회복되며, 피연마면의 스크래치 발생도 방지할 수 있다.

가교 구조를 갖는 재료의 예로는 상기 열가소성 수지 중 폴리아크릴 수지 및 비닐에스테르 수지 (폴리아크릴 수지는 제외함); 상기 열경화성 수지 중 폴리우레탄 수지, 에폭시 수지 및 불포화 폴리에스테르 수지; 상기 엘라스토머 중 디엔계 엘라스토머 및 불화 수지계 엘라스토머; 및 상기 고무 중 부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 아크릴 고무, 아크릴로니트릴ㆍ부타디엔 고무, 스티렌ㆍ부타디엔 고무, 에틸렌ㆍ프로필렌 고무, 실리콘 고무, 불소 고무 및 스티렌ㆍ이소프렌 고무를 가교반응시켜 수득한 재료가 있다. 가교반응은 황 또는 과산화물과 같은 가교제의 존재하에, 또는 자외선 또는 전자선에의 노출을 통해 수행할 수 있다. 아이오노머 (ionomer)를 사용해서도 이온 결합에 의해 가교반응을 수행할 수 있다.

가교 구조를 갖는 재료를 사용하는 경우에는, 가교반응된 재료를 사용할 수도 있고, 또한 후술하는 수불용성 매트릭스 중에 수용성 입자를 분산시키는 단계에서 가교제를 사용하여 가교반응을 수행할 수도 있다. 가교반응은 가교제와 함께 분자 내에 이중결합을 2개 이상 갖는 화합물 (공-가교성 화합물)을 공존시켜 수행 할 수 있다.

이러한 가교 구조를 갖는 재료들 중에서 적어도 일부가 가교된 1,2-폴리부타디엔이 특히 바람직한데, 이는 광학적 종점 검출기로부터 발생하는 종점 검출용 광에 대하여 충분히 높은 투광성을 부여할 수 있고, 많은 종류의 화학 기계 연마용 슬러리에 함유되는 강산 또는 강알칼리에 대하여 안정하며, 또한 수분 흡수에 의한 연화도 드물기 때문이다. 적어도 일부가 가교된 1,2-폴리부타디엔은 단독으로 사용할 수도, 또는 다른 재료와 혼합하여 사용할 수도 있다. 적어도 일부가 가교된 1,2-폴리부타디엔과 혼합하여 사용할 수 있는 다른 재료로는, 예를 들어 부타디엔 고무 또는 이소프렌 고무가 있다.

적어도 일부에 가교 구조를 갖는 매트릭스 재료의 파단 잔류 신도 (residual elongation at break)는 바람직하게는 0 내지 100％, 보다 바람직하게는 0 내지 10％, 특히 바람직하게는 0 내지 5％이다. 파단 잔류 신도가 100％를 넘는 경우에는 화학 기계 연마시 또는 컨디셔닝시에 연마 패드 표면에서 긁혀나오거나 연신되어 생긴 미세한 조각이 포어를 막아버리는 경향이 있다.

"파단 잔류 신도"는, JIS K 6251에 특정된 "가황 고무의 인장 시험 방법 (vulcanized rubber tensile test method)"에 준하여 인장 속도 500 mm/분 및 시험 온도 80℃에서 덤벨형 (dumbbell-shaped) 시료 3호를 파단시키는 인장 시험에서, 파단되어 분할된 시료 각각의 기준선 (bench mark)과 파단부 사이의 총 거리로부터 시험 전의 기준선들 사이 거리를 차감한 신도이다.

본 발명의 연마 패드는 상기 수불용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자 를 포함한다.

상기 수용성 입자는 수불용성 매트릭스 재료에 분산되고, 화학 기계 연마시에 외부에서 공급되는 화학 기계 연마용 슬러리에 함유된 수성 매체와의 접촉에 의해 용해되거나 겔 형성할 때 연마 패드의 표면에서 분리된다. 상기 슬러리를 유지하고 일시적으로 연마 후의 폐기물을 체류시킬 수 있는 포어가 상기 분리 부위에서 형성된다.

수용성 입자는 특별한 형상으로 한정되는 것은 아니나, 바람직하게는 거의 구형이고, 보다 바람직하게는 구형이다. 수용성 입자는 그 형상이 균일한 것이 바람직하다. 이에 따라 형성된 포어의 성질이 균일하여, 고품질의 연마를 수행할 수 있다. 용어 "구형"은 실제 구형인 것 뿐만 아니라 거의 구형인 것들도 포함하는 의미이다.

수용성 입자의 크기는 특별히 한정되지는 않는다. 수용성 입자의 입경은 바람직하게는 0.1 내지 500 ㎛, 보다 바람직하게는 0.5 내지 100 ㎛, 특히 바람직하게는 1 내지 80 ㎛이다. 입경이 O.1 ㎛ 미만인 경우, 형성된 포어가 일반적으로 사용되는 화학 기계 연마용 슬러리에 함유되는 연마 과립보다 작아질 수 있기 때문에, 연마 과립이 포어에 완전하게 유지될 수 없어서 불리하다. 입경이 500 ㎛를 초과는 경우, 형성되는 포어가 너무 커져서 연마 패드의 기계적 강도 및 연마 속도가 낮아질 수 있다.

수용성 입자를 구성하는 재료는 특별히 한정되지 않고 다양한 재료를 사용할 수 있다. 예를 들어, 유기 수용성 입자 또는 무기 수용성 입자를 사용할 수 있다.

상기 유기 수용성 입자의 예로는 덱스트린, 시클로덱스트린, 만니톨, 당류, 셀룰로오스류, 전분, 단백질, 폴리비닐 알코올, 폴리비닐 피롤리돈, 폴리아크릴산, 폴리에틸렌 옥시드, 수용성의 감광성 수지, 술폰화 폴리이소프렌 및 술폰화 폴리이소프렌 공중합체로 이루어진 것이 있다.

당류로는 락토오스가 있고, 셀룰로오스류로는 히드록시프로필 셀룰로오스 및 메틸 셀룰로오스가 있다.

상기 무기 수용성 입자로는, 아세트산칼륨, 질산칼륨, 탄산칼륨, 탄산수소칼륨, 염화칼륨, 브롬화칼륨, 인산칼륨 및 질산마그네슘으로 이루어진 것이 있다.

이러한 수용성 입자는 단독으로 사용할 수도, 또는 2종 이상을 조합하여 사용할 수도 있다. 수용성 입자는 소정의 단일 재료로 이루어진 것일 수도, 또는 2종 이상의 상이한 재료들로 이루어진 것일 수도 있다.

본 발명의 연마 패드에 함유된 수용성 입자는 연마 패드의 표면 근방에 포어를 형성하는 기능 이외에도, 연마 패드의 압입 경도 (indentation hardness)를 크게하는 기능을 갖는다. 이와 같이 압입 경도를 크게 함으로써 연마 패드에 의해 피연마면에 가해지는 압력을 크게할 수 있고, 따라서 연마 속도를 향상시키고 높은 연마 평탄성을 얻을 수 있다. 따라서, 수용성 입자는 연마 패드에서 충분히 높은 압입 경도를 확보할 수 있는 중실체 (solid) 입자인 것이 바람직하다.

바람직하게는, 연마 패드의 표면에 노출된 수용성 입자만이 물에 용해되는 반면, 표면에 노출되지 않고 연마 패드의 내부에 존재하는 것은 수분을 흡수하거나 겔을 형성하지 않는다. 따라서, 이러한 관점에서 수용성 입자는 그 표면의 적어도 일부에 흡습성을 억제하는 외피 (outer shell)를 갖는 것일 수 있다. 이러한 외피를 형성하는 재료의 예로는 에폭시 수지, 폴리이미드, 폴리아미드 및 폴리실리케이트가 있다.

본 발명의 연마 패드에 함유된 수용성 입자의 양은, 상기 수불용성 매트릭스 및 수용성 입자의 총량을 100 부피％로 한 경우에, 바람직하게는 30 부피％ 이하, 보다 바람직하게는 0.1 내지 25 부피％, 특히 바람직하게는 0.5 내지 20 부피％이다. 수용성 입자의 양이 30 부피％를 초과하면, 광학적 종점 검출기로부터 발생하는 종점 검출용 광에 대한 투명성이 불만족스러워서 경우에 따라 종점 검출이 곤란해질 수 있다.

본 발명의 연마 패드는 상기 수불용성 매트릭스 및 수용성 입자를 포함하며, 필요에 따라 기타 첨가제를 더 함유할 수 있다.

본 발명의 연마 패드에 함유될 수 있는 기타 첨가제로는 상용화제, 충전재, 계면활성제, 연마 과립, 연화제, 산화방지제, 자외선흡수제, 대전방지제, 윤활제 및 가소제가 있다.

상기 상용화제의 예로는 분자 내에 산 무수물기, 카르복실기, 히드록실기, 에폭시기, 옥사졸린기 및 아미노기로부터 선택되는 기를 2개 이상 갖는 수용성 중합체, 및 기타 커플링제가 있다.

연마 패드의 강성을 향상시키기 위해 첨가될 수 있는 상기 충전재의 예로는 탄산칼슘, 탄산마그네슘, 활석 및 점토가 있다.

상기 계면활성제로는, 예를 들어 양이온계 계면활성제, 음이온계 계면활성제 또는 비이온계 계면활성제가 있다. 양이온계 계면활성제의 예로는 지방족 아민염 및 지방족 암모늄염이 있다. 음이온계 계면활성제의 예로는 지방산 비누; 알킬 에테르 카르복실레이트와 같은 카르복실레이트; 알킬벤젠 술포네이트, 알킬나프탈렌 술포네이트 및 α-올레핀 술포네이트와 같은 술포네이트; 고급 알코올 술페이트, 알킬 에테르 술페이트 및 폴리옥시에틸렌 알킬페닐 에테르 술페이트와 같은 술페이트; 및 알킬 포스페이트와 같은 포스페이트가 있다. 비이온계 계면활성제의 예로는 폴리옥시에틸렌 알킬 에테르와 같은 에테르형 비이온계 계면활성제; 글리세린 에스테르의 폴리옥시에틸렌 에테르와 같은 에테르 에스테르형 비이온계 계면활성제; 및 폴리에틸렌 글리콜 지방산 에스테르, 글리세린 에스테르 및 소르비탄 에스테르와 같은 에스테르형 비이온계 계면활성제가 있다.

본 발명의 연마 패드는 연마 과립을 함유할 수 있다. 이 경우, 화학 기계 연마용 수성 분산체 대신에 물을 공급함으로써 화학 기계 연마를 수행할 수 있다. 본 발명의 연마 패드가 연마 과립을 함유하는 경우에는, 산화제, 스크래치 방지제 및 pH 조정제로부터 선택된 1종 이상의 것을 연마 과립과 함께 함유하는 것이 바람직하다.

상기 연마 과립의 예로는 실리카, 알루미나, 세리아, 지르코니아 및 티타니아 입자가 있다. 이들은 단독으로 사용할 수도, 또는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수도 있다.

상기 산화제의 예로는 과산화수소, 과아세트산, 과벤조산 및 tert-부틸 하이드로퍼옥시드와 같은 유기 과산화물; 과망간산칼륨과 같은 과망간산 화합물; 중크 롬산칼륨과 같은 중크롬산 화합물; 요오드산칼륨과 같은 할로겐산 화합물; 질산 및 질산철과 같은 질산 화합물; 과염소산과 같은 과할로겐산 화합물; 과황산암모늄과 같은 과황산염; 및 헤테로폴리-산이 있다. 이러한 산화제 중에서는 분해 생성물이 무해한 과산화수소 및 유기 과산화물과, 과황산암모늄과 같은 과황산염이 특히 바람직하다.

상기 스크래치 방지제의 예로는 비페놀, 비피리딜, 2-비닐피리딘, 4-비닐피리딘, 살리실알독심, o-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 카테콜, o-아미노페놀, 티오우레아, N-알킬기-함유 (메트)아크릴아미드, N-아미노알킬기-함유 (메트)아크릴아미드, 7-히드록시-5-메틸-1,3,4-트리아자인돌리진, 5-메틸-1H-벤조트리아졸, 프탈라진, 멜라민 및 3-아미노-5,6-디메틸-1,2,4-트리아진이 있다.

상기 pH 조정제는, 상기 혼합용 첨가제 이외의 성분으로, 물과 접촉했을 때 산성 또는 알칼리성을 나타낸다. pH 조정제의 예로는 상기한 산들 이외의 산, 암모니아, 및 알칼리 금속의 수산화물이 있다. 알칼리 금속의 수산화물로는 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화루비듐 및 수산화세슘이 있다.

본 발명의 연마 패드는 상기 수불용성 매트릭스, 수용성 입자, 및 임의로는 첨가제를 함께 혼합하고, 이 혼합물을 성형함으로써 제조할 수 있다.

수불용성 매트릭스에 수용성 입자를 분산시킬 수 있다면, 어떠한 방법도 상기 혼합 단계에 이용할 수 있다. 예를 들어, 수불용성 매트릭스, 수용성 입자, 및 임의로는 첨가제를 함께 혼련할 수 있다.

수용성 입자를 수불용성 매트릭스에 분산시키는 방법은 특별히 한정되지 않 는다. 예를 들어, 수불용성 매트릭스를 구성하는 재료, 수용성 입자, 및 임의로는 첨가제를 함께 혼련할 수 있다. 수불용성 매트릭스를 구성하는 재료는 용이하게 가공되도록 가열하에 혼련하는 것이 바람직하고, 이 가열 온도에서 수용성 입자는 고체인 것이 바람직하다. 상기 성분들을 수용성 입자가 고체인 온도에서 혼련할 때, 수용성 입자는 수불용성 매트릭스를 구성하는 재료와 상기 입자 사이의 상용성에 무관하게, 상기 바람직한 평균 입경을 나타내는 상태로 수불용성 매트릭스에 용이하게 분산될 수 있다. 따라서, 수용성 입자의 종류는 사용하는 매트릭스 재료의 가공 온도에 따라 선택하는 것이 바람직하다.

상기 혼련은 압출기, 혼련기 또는 밴버리 (Banbury) 혼합기를 이용하여 수행할 수 있다.

본 발명의 화학 기계 연마용 패드는, 수용성 입자를 수불용성 매트릭스에 분산시킨 후에 얻어진 분산체를 프레스 성형, 주입 성형 또는 캐스트 성형함으로써 얻을 수 있다.

본 발명의 연마 패드의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 원반형, 다각기둥형, 벨트형 또는 롤형일 수 있다. 본 발명의 연마 패드의 크기는 특별히 한정되지 않는다. 연마 패드가 원반형인 경우의 직경, 연마 패드가 다각기둥형인 경우의 최장 대각선 길이, 또는 연마 패드가 벨트형 또는 롤형인 경우의 폭은 100 내지 1,200 mm이다.

본 발명의 연마 패드의 두께는, 바람직하게는 0.1 내지 5 mm, 보다 바람직하게는 0.5 내지 3 mm이다.

본 발명의 연마 패드의 쇼어 D 경도는 바람직하게는 35 내지 100이고, 보다 바람직하게는 50 내지 80이다. 경도가 이 범위 내에 있으면, 연마 속도와 피연마면의 평탄화 효율 사이에서의 균형이 양호한 연마 효율을 얻을 수 있다.

본 발명의 연마 패드는 연마 표면으로부터 비-연마 표면으로 광학적으로 통하는 광 투과 영역을 갖는다. 광 투과 영역의 이면 (비-연마 표면)의 표면 조도 (Ra)는 10 ㎛ 이하이고, 바람직하게는 8 ㎛ 이하이고, 보다 바람직하게는 7 ㎛ 이하이다. 이 값이 10 ㎛를 초과하면, 광학적 종점 검출기에 의한 연마 종점의 검출이 곤란해질 수 있다.

상기 표면 조도 (Ra)는 하기 수학식 1에 의해 정의된다.

상기 수학식에서, N은 측정 점수이고, Z는 조도 곡선의 높이이고, Zav는 조도 곡선의 평균 높이이다.

이러한 표면 조도의 영역을 갖는 연마 패드를 얻기 위해, 프레스 성형의 경우에는 연마 패드의 상기 영역에 해당하는 금형의 표면을 경면처리 하거나, 또는 성형 후에 투광성을 가져야 하는 연마 패드 영역을 연마지 또는 연마용 천에 의해 연마할 수 있다. 또한, 성형 후에 투광성을 가져야 하는 연마 패드 영역에, 상기한 바와 같은 표면 조도를 갖는 투명 필름을 접착 또는 코팅함으로써, 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

"투광성을 갖는다"라는 표현은 반드시 그 영역이 빛을 완전하게 투과하는 것 을 의미하지는 않고, 그 영역이 광학적 종점 검출기로부터 발생하는 종점 검출용 광의 일부를 투과할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 100 내지 3,000 nm 사이의 파장 (특히, 400 내지 800 nm 사이의 파장)을 갖는 광의 투과율은, 바람직하게는 8％ 이상이고, 보다 바람직하게는 10％ 이상이며, 특히 바람직하게는 12％ 이상이다.

상기 투과율은 필요 이상으로 높지 않아도 무방하고, 70％ 이하일 수도 있다. 투과율이 65％ 이하 또는 60％ 이하인 경우에도 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

633 nm의 파장을 갖는 광의 투과율은, 바람직하게는 8 내지 70％이고, 보다 바람직하게는 10 내지 65％이며, 특히 바람직하게는 12 내지 60％이다.

본 발명의 연마 패드는 상기 요건을 만족하는 것이면 어떤 종류라도 좋다. 바람직하게는, 연마 패드의 일부를 박막화하여 상기 광 투과 영역을 형성한다.

예를 들어, 본 발명의 연마 패드는 광 투과 영역 이외에 이 광 투과 영역보다 낮은 투광성을 갖는 약한 광 투과 영역을 가지며, 상기 광 투과 영역은 약한 광 투과 영역으로 둘러싸여 있다. 이 경우, 광 투과 영역은 비-연마 표면 상의 약한 광 투과 영역에 함몰되고, 이에 의해 광 투과 영역의 두께는 약한 광 투과 영역의 두께보다 작아지게 된다.

빛이 광 투과성 물체를 통해 투과될 때, 그 빛의 강도는 빛이 투과하는 물체의 거리의 제곱에 비례하여 감쇠한다. 따라서, 빛이 투과하는 부분을 박막화함으로써, 투과율을 비약적으로 향상시킬 수 있다. 본 발명의 연마 패드가 상기한 바 와 같은 두께를 갖는 경우에는, 종점의 검출에 충분한 강도의 빛이 투과되기 어렵다고 할지라도 박막 부분에서 종점 검출에 충분한 빛의 강도를 확보할 수 있다.

따라서, 본 발명의 연마 패드는 박막 부분을 갖는 것이 바람직하다. 박막 부분은 연마 패드의 최대 두께보다 얇은 두께를 갖는 부분이다. 도 1 내지 도 4의 참조번호 1은 연마 패드를 나타내고, 참조번호 11은 박막 부분을 나타낸다. 이 박막 부분은 특별한 평면 형상으로 한정되지는 않고, 원형, 부채형 (즉, 원형 또는 환 모양을 소정의 각도로 절단한 형상), 다각형 (예를 들어, 정사각형, 직사각형 또는 사다리꼴 등) 또는 환형일 수 있다. 박막 부분의 단면은, 예를 들어 다각형 (사각형 또는 오각형), 돔모양 또는 기타 형상일 수 있다 (도 1 내지 도 4 참조; 이들 도면에서는 위쪽이 연마면임).

연마 패드가 구비하는 박막 부분의 개수는 특별히 한정되지 않고, 1개 이상일 수 있다. 박막 부분(들)의 위치(들)도 특별히 한정되지 않는다. 연마 패드가 1개의 박막 부분만를 구비하는 경우에는 도 5 및 도 6에서와 같이 배열될 수 있다. 연마 패드가 2개 이상의 박막 부분을 구비하는 경우에는 동심원형 (도 7)으로 형성될 수 있다.

각 박막 부분의 두께는 특별히 한정되지 않는다. 일반적으로 박막 부분의 가장 얇은 두께는, 바람직하게는 O.1 내지 3.0 mm이고, 보다 바람직하게는 0.3 내지 3 mm이다. 박막 부분의 두께가 O.1 mm 미만이면, 이 부분에서 충분히 높은 기계적 강도를 얻기가 곤란하다.

박막 부분의 크기도 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 박막 부분이 원형 인 경우에는 그 직경이 5 mm 이상인 것이 바람직하고, 박막 부분이 환형인 경우에는 그 폭이 5 mm 이상인 것이 바람직하며, 박막 부분이 직사각형인 경우에는 길이가 10 mm 이상이고 폭이 5 mm 이상인 것이 바람직하다.

또한, 박막 부분은 연마 패드의 앞면이 함몰됨으로써 형성될 수도 (도 2 참조), 또는 연마 패드의 이면이 함몰됨으로써 형성될 수도 있다 (도 1 참조). 이면이 함몰됨으로써, 연마 효율에 영향을 미치지 않으면서 우수한 투광성을 얻을 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 "약한 광 투과 영역"은 광 투과 영역보다 낮은 투광성을 갖는 영역이다. 약한 광 투과 영역은 파장 100 내지 3,000 nm의 빛을 투과시키지 않는 영역일 수 있으나, 상기한 영역으로 한정되지는 않는다. 예를 들어, 광 투과 영역의 투과율이 8％일 때, 약한 광 투과 영역의 투과율은 동일한 파장에 대해 8％보다 낮아야 한다. 광 투과 영역의 투과율이 10％일 때, 약한 광 투과 영역의 투과율은 10％보다 낮아야 하고, 광 투과 영역의 투과율이 12％일 때, 약한 광 투과 영역의 투과율은 12％보다 낮아야 한다. 이와 유사하게, 광 투과 영역의 투과율이 높을 때, 예를 들어 70％일 때, 약한 광 투과 영역의 투과율은 70％보다 낮아야 한다 (예를 들어, 60％).

본 발명의 연마 패드는 상기 박막 부분 이외에, 비-연마 표면의 중앙에 오목부를 가질 수 있다. "중앙에"라는 표현은, 오목부가 수학적으로 엄밀한 의미에서의 중심에 위치하는 것 뿐만 아니라, 연마 패드의 비-연마 표면의 중심이 상기 오목부의 범위 내에 위치하는 것도 포함하는 의미이다.

이러한 오목부를 갖는 연마 패드는, 연마시에 연마 헤드의 압력에 의해 유발된 국소적인 압력 상승을 분산시킬 수 있어, 피연마면의 표면 상태를 개선할 수 있다.

상기 오목부의 형상은 특별히 한정되지 않지만, 원형 또는 다각형인 것이 바람직하고, 원형인 것이 특히 바람직하다. 오목부의 형상이 원형인 경우, 그 직경의 상한치는 피연마체인 웨이퍼의 직경에 대해 바람직하게는 100％ 이하, 보다 바람직하게는 75％ 이하, 특히 바람직하게는 50％ 이하이다. 오목부의 형상이 원형인 경우, 그 직경의 하한치는 피연마체인 웨이퍼의 크기에 관계없이 바람직하게는 1 mm, 보다 바람직하게는 5 mm이다.

예를 들어, 웨이퍼의 직경이 300 mm인 경우, 원형 오목부의 직경은 바람직하게는 1 내지 300 mm이고, 보다 바람직하게는 1 내지 225 mm이며, 특히 바람직하게는 5 내지 150 mm이다. 웨이퍼의 직경이 200 mm인 경우, 원형 오목부의 직경은 바람직하게는 1 내지 200 mm이고, 보다 바람직하게는 1 내지 150 mm이며, 특히 바람직하게는 1 내지 120 mm이다.

연마 패드의 연마 표면에는, 슬러리의 유지성을 향상시키고 사용된 슬러리의 배출성을 향상시키기 위해, 0.1 내지 2 mm의 폭, 예를 들어 소정의 깊이 및 소정의 간격을 갖는 홈 (groove), 또는 도트 패턴이 임의로 형성될 수 있다. 이러한 홈 및 도트 패턴은 소정의 형상 (예를 들어, 동심원 형상, 격자 형상, 나선 형상 또는 방사 형상)으로 배열될 수 있다.

본 발명의 화학 기계 연마용 적층 패드 (이하, 간략히 "연마 적층 패드"라고 함)는, 본 발명의 화학 기계 연마용 패드와, 이 화학 기계 연마용 패드에 형성된 기저층을 포함하며, 상기 기저층은 두께 방향으로 연장된 광 투과 영역을 갖고 광 투과 영역은 상기 화학 기계 연마용 패드의 광 투과 영역과 광학적으로 통한다. 이 기저층은 특별한 형상으로 한정되지 않고, 원형 또는 다각형 (사각형)일 수 있다. 바람직하게는, 연마 패드와 동일한 평면 형상이고, 또한 얇은 시트 (sheet)형이다. 기저층의 개수는 한정되지 않고, 1층 이상일 수 있다. 2층 이상의 기저층이 형성된 경우에는 각각의 층이 동일한 유형일 수도, 또는 상이한 유형일 수도 있다.

기저층(들)의 총 두께는 특별히 한정되지 않지만, 연마 패드 두께의 0.1 내지 2배인 것이 바람직하다. 기저층(들)의 경도도 특별히 한정되지 않지만, 쇼어 D 경도가 10 내지 80인 것이 바람직하고, 20 내지 50인 것이 보다 바람직하다. 적층 패드가 이러한 경도의 기저층(들)을 포함할 때, 본 발명의 연마 적층 패드는 충분히 높은 유연성을 지니고, 피연마면의 요철에 대해 적합한 순응성 (conformity)을 지닐 수 있다.

바람직하게는, 연마 패드의 투광성을 손상시키지 않도록, 기저층(들)이 연마 패드의 광 투과 영역 중 적어도 일부에서 투광성을 갖는다. 투광성을 갖는 기저층(들)에 있어서, 기저층(들)을 구성하는 재료가 광학적 종점 검출기로부터 조사된 종점 검출용 광을 투과시키거나, 또는 기저층(들)의 일부가 박막화되거나 절단됨으로써 투광성을 부여할 수 있다. 또한, 투광성 부재가 절단부에 결합될 수도 있다.

"투광성을 갖는다"라는 표현은 상기 설명한 연마 패드에 대한 것과 동일한 것을 의미한다.

본 발명의 연마 패드 및 연마 적층 패드는, 광학적 종점 검출기가 구비된 화학 기계 연마 장치에 바람직하게 사용될 수 있다. 광학적 종점 검출기는 연마 패드의 이면에서 연마면으로 빛을 투과시켜, 표면으로부터 반사된 빛으로부터 피연마면의 연마 종점을 검출할 수 있는 장치이다. 기타 측정 원리는 특별히 한정되지 않는다.

본 발명의 화학 기계 연마 방법은, 본 발명의 연마 패드 또는 연마 적층 패드를 사용하는 화학 기계 연마 방법으로서, 화학 기계 연마의 종점 검출이 광학적 종점 검출기를 이용하여 수행된다는 것을 특징으로 한다.

상기 광학적 종점 검출기는 상술한 바와 동일한 것이다. 본 발명의 화학 기계 연마 방법에 따르면, 연마 종점을 항상 확인하면서 충분히 높은 연마 속도로 연마를 수행할 수가 있고, 최적의 연마 종점에서 연마를 끝낼 수 있으며, 우수한 피연마면의 표면 상태를 얻을 수 있다.

본 발명의 화학 기계 연마 방법에서는, 예를 들어 도 8에 도시한 바와 같은 연마 장치를 사용할 수 있다. 즉, 연마 장치는 회전가능한 정반 (2), 회전 및 종횡 이동이 가능한 가압 헤드 (3), 단위 시간 당 소정량의 슬러리를 정반에 적가하는 슬러리 공급 단위 (5), 및 정반의 아래쪽에 설치된 광학적 종점 검출기 (6)을 포함한다.

이 연마 장치에서는, 본 발명의 연마 패드 또는 연마 적층 패드가 정반에 고정되고, 피연마체 (예를 들어, 반도체 웨이퍼)(4)가 가압 헤드의 하단면에 고정되 어, 연마 패드에 대해 소정의 압력을 가하도록 되어 있다. 슬러리 공급 단위에서 매 시간 소정량의 슬러리 또는 물을 정반에 적가하면서 정반 및 가압 헤드를 회전시킴으로써, 피연마체를 연마 패드와의 미끄럼 접촉 (slide contact)에 의해 연마한다.

소정의 파장 또는 파장 범위를 갖는 종점 검출용 광 (R¹)은 광학적 종점 검출기 (6)에 의해 정반 (정반 그 자체가 투광성을 갖거나, 또는 정반의 일부가 절단되어 종점 검출용 광을 투과시킴)의 하측면으로부터 피연마체의 피연마면으로 조사된다. 이 종점 검출용 광 (R¹)을 피연마체의 피연마면으로부터 반사시켜 얻어진 반사광 (R²)는 광학적 종점 검출기에 의해 포착되어, 이 반사광으로부터 피연마면의 상태를 확인하면서 연마를 수행한다.

<실시예>

하기 실시예는 본 발명을 추가로 설명하기 위해 제공된 것이다.

실시예 1

후에 가교되어 수불용성 매트릭스가 되는 1,2-폴리부타디엔 (JSR 코포레이션 (JSR Corporation) 제품, JSR RB830) 98 부피％, 및 수용성 입자로서의 β-시클로덱스트린 (요꼬하마의 KK 바이오 리서치 코포레이션 (KK Bio Research Corporation) 제품, 상표명: 덱시 펄 (Dexy Pearl) β-100) 2 부피％를 120℃로 가열된 혼련기에서 혼련하였다. 그 후, 디쿠밀 퍼옥시드 (NOF 코포레이션 제품, 상표명: 퍼쿠밀 D)를, 1,2-폴리부타디엔과 β-시클로덱스트린의 총량을 100 질량부로 하여 0.32 질량부를 첨가하고 추가로 혼련하였다. 이어서, 경면처리된 볼록부 (21 mm ×59 mm ×0.6 mm)를 갖는 프레스 금형 내에서 170℃로 20분 동안 가교반응시켜, 직경이 79 mm이고 두께가 2.5 mm이며 이면 (비-연마면)에 21 mm ×59 mm ×0.6 mm의 오목부를 갖는 연마 패드를 성형하였다. 이 오목부가 광 투과 영역에 해당한다. 이 오목부의 표면 조도 Ra는 4.9 ㎛였다.

그 후, 홈 절단기 (groove cutter)를 이용하여, 상기 연마 패드의 연마 표면에 평균 폭 0.5 mm, 평균 깊이 1.4 mm 및 평균 피치 (pitch) 1.75 mm의 환형 홈을 동심원형으로 다수 형성시켰다.

이와 같이 형성된 연마 패드에 대하여, UV 흡광도계 (히다찌 리미티드 (Hitachi, Ltd.) 제품, U-2010)을 이용하여 파장 633 nm에서 광 투과 영역의 광 투과율을 측정한 결과 20％였다.

이 연마 패드의 연마 효율을 하기와 같이 평가하였다.

(1) 연마 속도 및 스크래치의 평가

연마 패드를 연마 장치 (SFT 컴퍼니 리미티드 (STF Co., Ltd.) 제품, 유형: 랩 마스터 (Lap Master) LM-15)의 정반에 장착하고, SiO₂ 필름 웨이퍼 (어드벤텍 컴퍼니 리미티드 (Advantec Co., Ltd.) 제품, 상표명: PE-TEOS)를, 정반 회전 속도 50 rpm에서 3배로 희석한 화학 기계 연마용 슬러리 (JSR 코포레이션 제품, 상표명: CMS 1101)를 유속 100 mL/분으로 공급함으로써 2분 동안 연마하여, 연마 속도 및 스크래치의 유무를 평가하였다. 연마 속도는 광학적 필름 두께 측정기로 연마 전후의 필름 두께를 측정하고, 이 필름 두께의 차이를 연마 시간으로 나누어 산출하 였다. 스크래치의 유무는 연마 후에 SiO₂ 필름 웨이퍼의 연마 표면을 전자현미경으로 관찰함으로써 확인하였다. 그 결과, 연마 속도는 350 nm/분이었고, 스크래치는 거의 관찰되지 않았다.

(2) 디싱 (dishing)의 평가

패턴을 갖는 반도체 웨이퍼 (SKW 컴퍼니 리미티드 (SKW Co., Ltd.) 제품, 상표명: SKW-7)를 하기 조건 하에서 연마하였을 때, 광 투과 영역을 통해 광학적 종점을 검출할 수 있었다. 그 후, 미세-형상 측정 장치 (KLA-텐코 컴퍼니 리미티드 (KLA-Tencor Co., Ltd.) 제품, 유형: P-10)를 이용하여, 선폭 100 ㎛ (100 ㎛ 피치)에서 반도체 웨이퍼의 디싱을 측정하였다. 연마된 표면은 디싱이 30 nm로 평탄성이 우수했다.

슬러리 : CMS1101 (JSR 코포레이션 제품)

화학 기계 연마 장치 : MIRRA (어플라이드 머티리얼즈 컴퍼니 리미티드 (Applied Materials Co., Ltd.) 제품)

슬러리 공급 속도 : 200 mL/분

리테이너 링의 압력 : 5 psi

막의 압력 : 4.5 psi

내부 튜브 압력 : 4.5 psi

정반 회전 속도 : 70 rpm

헤드 회전 속도 : 65 rpm

실시예 2

1,2-폴리부타디엔 85 부피％ 및 β-시클로덱스트린 15 부피％를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로, 직경이 79 cm이고 두께가 2.5 mm이며 이면 (비연마면)에 21 mm ×59 mm ×0.6 mm의 오목부를 갖는 연마 패드를 얻었다. 이 오목부가 광 투과 영역에 해당한다. 이 오목부의 표면 조도 Ra는 5.3 ㎛였다.

그 후, 홈 절단기를 이용하여, 상기 연마 패드의 연마 표면에 평균 폭 1.0 mm, 평균 깊이 1.4 mm 및 평균 피치 2.00 mm의 환형 홈을 동심원형으로 다수 형성시켰다.

실시예 1과 동일한 방식으로 파장 633 nm에서 상기 연마 패드의 광 투과 영역의 광 투과율을 측정한 결과 12％였다.

(1) 연마 속도 및 스크래치의 유무

실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 SiO₂ 필름 웨이퍼 (어드벤텍 컴퍼니 리미티드 제품, 상표명: PE-TEOS)를 연마하여 연마 속도 및 스크래치의 유무를 평가하였을 때, 연마 속도는 300 nm/분이었고, 스크래치는 거의 관찰되지 않았다.

(2) 디싱의 평가

반도체 웨이퍼 (SKW 컴퍼니 리미티드 제품, 상표명: SKW-7)를 실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 연마하였을 때, 광 투과 영역을 통해 광학적 종점을 검출할 수 있었다. 연마된 표면은 디싱이 35 nm로 평탄성이 우수했다.

비교예 1

1,2-폴리부타디엔 85 부피％ 및 β-시클로덱스트린 15 부피％를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로, 직경이 79 cm이고 두께가 2.5 mm이며 이 면 (비연마면)에 21 mm ×59 mm ×0.6 mm의 오목부를 갖는 연마 패드를 얻었다. 이 오목부가 광 투과 영역에 해당한다. 이 오목부의 표면 조도 Ra는 12.5 ㎛였다.

그 후, 홈 절단기를 이용하여, 상기 연마 패드의 연마 표면에 평균 폭 0.5 mm, 평균 깊이 1.4 mm 및 평균 피치 1.75 mm의 환형 홈을 동심원형으로 다수 형성시켰다.

실시예 1과 동일한 방식으로 파장 633 nm에서 상기 연마 패드의 광 투과 영역의 광 투과율을 측정한 결과 1％였다.

(1) 연마 속도 및 스크래치의 유무

실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 SiO₂ 필름 웨이퍼 (어드벤텍 컴퍼니 리미티드 제품, 상표명: PE-TEOS)를 연마하여 연마 속도 및 스크래치의 유무를 평가하였을 때, 연마 속도는 400 nm/분이었고, 스크래치는 거의 관찰되지 않았다.

(2) 디싱의 평가

반도체 웨이퍼 (SKW 컴퍼니 리미티드 제품, 상표명: SKW-7)를 실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 연마하였을 때, 광 투과 영역을 통해 광학적 종점을 검출할 수 없었다.

비교예 2

표면이 경면처리되지 않은 볼록부를 갖는 금형을 이용한 것을 제외하고는 실시예 2와 동일한 방식으로, 직경이 79 cm이고 두께가 2.5 mm이며 이면 (비연마면)에 21 mm ×59 mm ×0.6 mm의 오목부를 갖는 연마 패드를 얻었다. 이 오목부가 광 투과 영역에 해당한다. 이 오목부의 표면 조도 Ra는 1.5 ㎛였다.

실시예 1과 동일한 방식으로 파장 633 nm에서 상기 연마 패드의 광 투과 영역의 광 투과율을 측정한 결과 1.5％였다.

(1) 연마 속도 및 스크래치의 유무

(2) 디싱의 평가

실시예 3

무수 탄산칼륨 (와꼬 퓨어 케미칼 인더스트리즈 리미티드 (Wako Pure Chemical Industries, Ltd.) 제품)을 β-시클로덱스트린 대신 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방식으로, 직경이 79 cm이고 두께가 2.5 mm이며 이면 (비연마면)에 21 mm ×59 mm ×0.6 mm의 오목부를 갖는 연마 패드를 얻었다. 이 오목부가 광 투과 영역에 해당한다. 이 오목부의 표면 조도 Ra는 4.5 ㎛였다.

실시예 1과 동일한 방식으로 파장 633 nm에서 상기 연마 패드의 광 투과 영역의 광 투과율을 측정한 결과 13％였다.

(1) 연마 속도 및 스크래치의 유무

실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 SiO₂ 필름 웨이퍼 (어드벤텍 컴퍼니 리미티드 제품, 상표명: PE-TEOS)를 연마하여 연마 속도 및 스크래치의 유무를 평가하였을 때, 연마 속도는 290 nm/분이었고, 스크래치는 거의 관찰되지 않았다.

(2) 디싱의 평가

반도체 웨이퍼 (SKW 컴퍼니 리미티드 제품, 상표명: SKW-7)를 실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 연마하였을 때, 광 투과 영역을 통해 광학적 종점을 검출할 수 있었다. 연마된 표면은 디싱이 40 nm로 평탄성이 우수했다.

실시예 4

분자의 양쪽 말단에 2개의 히드록실기를 갖고 수 평균 분자량이 650인 폴리테트라메틸렌 글리콜 (미쯔비시 케미칼 컴퍼니 리미티드 (Mitsubishi Chemical Co., Ltd.) 제품, 상표명: PTMG650) 28.2 질량부, 및 4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트 (스미까 바이엘 우레탄 컴퍼니 리미티드 (Sumika Bayer Urethane Co., Ltd.) 제품, 상표명: 스미줄 (Sumijule) 44S) 21.7 질량부를 반응기에 공급하고, 교반 하에 3시간 동안 90℃의 온도로 유지하여 반응을 수행한 후에 냉각시켜 양쪽 말단에 이소시아네이트기를 갖는 예비중합체를 얻었다.

3개의 히드록실기를 갖고 수 평균 분자량이 330인 폴리프로필렌 글리콜 (NOF 코포레이션 (NOF Corporation) 제품, 상표명: 유니올 (Uniol) TG330; 글리세린과 프로필렌 옥시드 사이의 부가 반응 생성물) 21.6 질량부, 및 PTMG650 폴리테트라메틸렌 글리콜 6.9 질량부를 가교제로서 사용하고, β-시클로덱스트린 5 질량부를 교반에 의해 상기 화합물들 중에 분산시킨 후, 교반 하에 2-메틸트리에틸렌디아민 (산꾜 에어 프로덕츠 컴퍼니 리미티드 (Sankyo Air Products Co., Ltd.) 제품, 상표명: Me-DABCO) 0.1 질량부를 반응 촉진제로서 상기 분산체에 용해시켰다. 이 혼합물을, 양쪽 말단에 이소시아네이트기를 갖는 상기 예비중합체용 반응기에 첨가하였다.

추가로, 스미줄 44S (4,4'-디페닐메탄 디이소시아네이트) 21.6 질량부를, 양쪽 말단에 이소시아네이트기를 갖는 상기 예비중합체용 반응기에 첨가하고, 실온에서 200 rpm으로 2분 동안 교반한 후, 얻어진 반응 생성물을 감압하에서 소포작용시켜 원료 물질 혼합물을 얻었다.

상기 원료 물질 혼합물을, 경면처리된 볼록부 (21 mm ×59 mm ×0.6 mm)를 갖고 직경이 60 cm이며 두께가 3 mm인 금형에 주입하고, 80℃에서 20분 동안 유지하여 폴리우레탄을 중합시킨 후, 추가로 110℃에서 5시간 동안 가열하여, 직경이 60 cm이고 두께가 3 mm이며 이면 (비연마면)에 21 mm ×59 mm ×0.6 mm의 오목부를 갖는 연마 패드를 얻었다. 이 오목부의 표면 조도 Ra는 4.7 ㎛였다.

홈 절단기를 이용하여, 상기 연마 패드의 연마 표면에 평균 폭 1.0 mm, 평균 깊이 1.4 mm 및 평균 피치 2.00 mm의 환형 홈을 동심원형으로 다수 형성시켰다.

(1) 연마 속도 및 스크래치의 유무

실시예 1에서와 동일한 조건 하에서 SiO₂ 필름 웨이퍼 (어드벤텍 컴퍼니 리미티드 제품, 상표명: PE-TEOS)를 연마하여 연마 속도 및 스크래치의 유무를 평가하였을 때, 연마 속도는 310 nm/분이었고, 스크래치는 거의 관찰되지 않았다.

(2) 디싱의 평가

상기 설명한 바와 같이, 본 발명의 화학 기계 연마용 패드 및 화학 기계 연마용 적층 패드는 상기 광학적 종점 검출기를 이용한 화학 기계 연마에 유리하게 사용될 수 있다. 본 발명의 화학 기계 연마 방법에 의하면, 연마 종점을 항상 확인하면서 충분히 높은 연마 속도로 연마를 수행할 수가 있고, 최적의 연마 종점에서 실패없이 연마를 끝낼 수 있으며, 피연마면의 우수한 표면 상태를 얻을 수 있다.

Claims

수불용성 매트릭스와 이 수불용성 매트릭스 재료에 분산된 수용성 입자를 포함하고,

연마 표면과 이 연마 표면의 이면에 있는 비-연마 표면을 가지고,

연마 표면으로부터 비-연마 표면으로 광학적으로 통하는 광 투과 영역을 가지며, 여기서 상기 수용성 입자의 양이 상기 수불용성 매트릭스 및 수용성 입자의 총량을 100 부피％로 하여 0.1 내지 5 부피％이고, 광 투과 영역의 비-연마 표면의 표면 조도 (Ra)가 10 ㎛ 이하인 화학 기계 연마용 패드.
제1항에 있어서, 광 투과 영역에 더하여, 광 투과 영역보다 더 낮은 투광성을 지닌 약한 광 투과 영역을 가지며, 광 투과 영역이 약한 광 투과 영역에 의해 둘러싸여 있는 화학 기계 연마용 패드.
제2항에 있어서, 광 투과 영역이 비-연마면 상의 약한 광 투과 영역에 함몰되어, 광 투과 영역이 약한 광 투과 영역보다 더 박막화된 것인 화학 기계 연마용 패드.
제1항의 화학 기계 연마용 패드와 상기 패드의 비-연마 표면 상에 형성된 기저층을 포함하며, 기저층이 두께 방향으로 연장된 광 투과 영역을 갖고 광 투과 영역이 화학 기계 연마용 패드의 광 투과 영역과 광학적으로 통하는 것인 화학 기계 연마용 적층 패드.
제1항에 있어서, 광학적 종점 (end-point) 검출기를 구비한 화학 기계 연마 장치에 사용되는 화학 기계 연마용 패드.
제4항에 있어서, 광학적 종점 검출기를 구비한 화학 기계 연마 장치에 사용되는 화학 기계 연마용 적층 패드.
광학적 종점 검출기를 이용하여 화학 기계 연마의 종점을 검출하는 것을 포함하는, 제1항의 화학 기계 연마용 패드를 사용하는 화학 기계 연마 방법.
광학적 종점 검출기를 이용하여 화학 기계 연마의 종점을 검출하는 것을 포함하는, 제4항의 화학 기계 연마용 적층 패드를 사용하는 화학 기계 연마 방법.